FR3105995A1 - TRANSVERSE FLOW TURBINE - Google Patents

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Abstract

TURBINE A FLUX TRANSVERSE L'invention concerne un système de turbine à flux transverse (10), comprenant un arbre (1), une pluralité de bras (2, 2’, 2’’) montés sur l’arbre, ,une pluralité de pales (6, 6’, 6’’), chaque pale étant montée sur un bras respectif, et étant libre en rotation, et pour chaque pale, un dispositif de butée (21 , 21’, 21’’), définissant une première position de butée et une deuxième position de butée limitant les mouvements de rotation de ladite pale entre lesdites première et deuxième positions de butée, de sorte que la pale correspondante soit libre en rotation sur une plage angulaire (P) d’au moins 70°, cette valeur étant incluse, et d’au plus 100°, cette valeur étant exclue, dans lequel l’angle (I) entre la première position de butée et la direction tangentielle (T, T’, T’’) est entre 35° et 55°, en valeur absolue, et l’angle (E) entre la deuxième position de butée et la direction tangentielle est entre 35° et 55° en valeur absolue Figure pour l’abrégé : figure 1The invention relates to a transverse flow turbine system (10), comprising a shaft (1), a plurality of arms (2, 2 ', 2' ') mounted on the shaft, a plurality of blades (6, 6 ', 6' '), each blade being mounted on a respective arm, and being free to rotate, and for each blade, a stop device (21, 21', 21 ''), defining a first stop position and a second stop position limiting the rotational movements of said blade between said first and second stop positions, so that the corresponding blade is free to rotate over an angular range (P) of at least 70 °, this value being included, and at most 100 °, this value being excluded, in which the angle (I) between the first stop position and the tangential direction (T, T ', T' ') is between 35 ° and 55 °, in absolute value, and the angle (E) between the second stop position and the tangential direction is between 35 ° and 55 ° in absolute value Figure for the abstract: figure e 1

Description

TURBINE A FLUX TRANSVERSECROSS FLOW TURBINE

L’invention se rapporte aux turbines à flux transverse, par exemple aux éoliennes à axe de rotation vertical ou bien encore aux hydroliennes à flux transverse.The invention relates to cross-flow turbines, for example to wind turbines with a vertical axis of rotation or even to transverse-flow tidal turbines.

Les éoliennes les plus courantes sont à axe horizontal, parallèle à la direction du vent, comprenant classiquement un mât, une nacelle abritant un arbre tournant et des pales.The most common wind turbines have a horizontal axis, parallel to the direction of the wind, conventionally comprising a mast, a nacelle housing a rotating shaft and blades.

On connaît aussi des éoliennes à axe vertical, c’est-à-dire présentant un axe supposé perpendiculaire à la direction du vent. Dit autrement, l’axe peut s’étendre suivant sa direction longitudinale verticalement au sens classique du terme (suivant le vecteur gravité), mais aussi suivant d’autres directions, notamment horizontales, pourvu qu’elles soient perpendiculaires à la direction attendue du vent.We also know wind turbines with a vertical axis, that is to say having an axis assumed to be perpendicular to the direction of the wind. In other words, the axis can extend along its longitudinal direction vertically in the classic sense of the term (following the gravity vector), but also along other directions, in particular horizontal, provided that they are perpendicular to the expected direction of the wind. .

Parmi les éoliennes à axe vertical, on peut citer les éoliennes de type Darrieus, les éoliennes de type Savonius, mais l’invention trouve une application principalement dans les éoliennes dont les pales comprennent des membranes et sont montées rotatives autour d’un axe s’étendant suivant une direction ayant une composante verticale.Among vertical axis wind turbines, mention may be made of wind turbines of the Darrieus type, wind turbines of the Savonius type, but the invention finds an application mainly in wind turbines whose blades comprise membranes and are rotatably mounted around an axis. extending in a direction having a vertical component.

Les éoliennes de type à voilure tournante comprennent ainsi un arbre vertical sur lequel sont montées, pivotantes autour d’axes respectifs, une pluralité de pales à membranes.Wind turbines of the rotary wing type thus comprise a vertical shaft on which are mounted, pivoting around respective axes, a plurality of blades with membranes.

On peut prévoir de contrôler la position angulaire de ces membranes, ou non. Les éoliennes de type panémones, connues de longue date, ont ainsi des membranes tendues chacune sur une structure montée libre en rotation autour de son axe respectif, et une butée par structure, pour que ces membranes offrent ainsi une résistance au vent sur une plage angulaire de 180°.Provision can be made to control the angular position of these membranes, or not. Wind turbines of the panemon type, known for a long time, thus have membranes each stretched on a structure mounted freely in rotation around its respective axis, and one stopper per structure, so that these membranes thus offer resistance to the wind over an angular range 180°.

Le document US2014/0178216 décrit ainsi un système comprenant un arbre vertical, deux plans de support horizontaux, des axes s’étendant verticalement de façon à former entretoises entre ces deux plans support et des pales montées rotatives sur ces axes respectifs. Des butées viennent limiter la plage angulaire de montage libre en rotation de chacune de ces pales, permettant ainsi d’augmenter la plage angulaire de résistance au vent.The document US2014/0178216 thus describes a system comprising a vertical shaft, two horizontal support planes, axes extending vertically so as to form spacers between these two support planes and blades rotatably mounted on these respective axes. Stops limit the angular range of free mounting in rotation of each of these blades, thus making it possible to increase the angular range of resistance to the wind.

Il existe néanmoins un besoin pour un système de turbine à flux transverse plus simple et plus efficace.However, there is a need for a simpler and more efficient cross-flow turbine system.

Il est proposé un système de turbine à flux transverse, comprenantA cross-flow turbine system is proposed, comprising

un arbre s’étendant longitudinalement suivant une direction axiale,a shaft extending longitudinally in an axial direction,

une pluralité de bras montés sur l’arbre et s’étendant longitudinalement suivant des directions ayant des composantes radiales, par exemple radialement,a plurality of arms mounted on the shaft and extending longitudinally in directions having radial components, for example radially,

une pluralité de pales, chaque pale étant montée sur un bras respectif, libre en rotation autour d’un axe s’étendant suivant une direction ayant une composante parallèle à la direction axiale de l’arbre, par exemple la direction axiale, eta plurality of blades, each blade being mounted on a respective arm, free to rotate around an axis extending in a direction having a component parallel to the axial direction of the shaft, for example the axial direction, and

pour chaque pale, un dispositif de butée, définissant une première position de butée et une deuxième position de butée limitant les mouvements de rotation de ladite pale entre lesdites première et deuxième positions de butée, de sorte que la pale correspondante soit libre en rotation sur une plage angulaire d’au moins 70°, cette valeur étant incluse, et d’au plus 100°, cette valeur étant exclue, ledit dispositif de butée étant agencé et installé de sorte que l’angle entre la première position de butée et la direction tangentielle autour de l’arbre attachée à l’axe de rotation de la pale soit entre 35° et 55° (en valeur absolue) et que l’angle entre la deuxième position de butée et la direction tangentielle soit entre 35° et 55° (en valeur absolue).for each blade, an abutment device, defining a first abutment position and a second abutment position limiting the rotational movements of said blade between said first and second abutment positions, so that the corresponding blade is free to rotate on a angular range of at least 70°, this value being included, and of at most 100°, this value being excluded, said abutment device being arranged and installed such that the angle between the first abutment position and the direction tangential around the shaft attached to the axis of rotation of the blade is between 35° and 55° (in absolute value) and that the angle between the second stop position and the tangential direction is between 35° and 55° (in ultimate value).

En effet, dans le document cité ci-dessus, les butées sont réparties de façon particulièrement asymétrique relativement à la direction tangentielle, l’une correspondant à un angle de 50° avec la direction radiale (soit 40° en valeur absolue avec la direction tangentielle), l’autre à un angle entre 150° et 165° (soit entre 60° et 75° avec la direction tangentielle).Indeed, in the document cited above, the stops are distributed in a particularly asymmetrical way relative to the tangential direction, one corresponding to an angle of 50° with the radial direction (i.e. 40° in absolute value with the tangential direction ), the other at an angle between 150° and 165° (i.e. between 60° and 75° with the tangential direction).

En modifiant ainsi la répartition des positions de butée, on peut réduire la plage passive et augmenter significativement l’efficacité de la turbine.By modifying the distribution of the stop positions in this way, the passive range can be reduced and the efficiency of the turbine can be significantly increased.

Le système de turbine est mis en mouvement par un flux transverse de fluide, par exemple de liquide, par exemple par les flux de liquide des marées, ou de gaz, par exemple du vent.The turbine system is set in motion by a transverse flow of fluid, for example of liquid, for example by the flow of liquid from the tides, or of gas, for example of the wind.

Au moins une (et de préférence chaque) pale peut avoir un mouvement de rotation uniquement, autour de l’axe correspondant, ou alternativement un mouvement composé (au moins) d’une rotation et d’un autre mouvement comme une translation.At least one (and preferably each) blade can have a rotational movement only, around the corresponding axis, or alternatively a movement composed of (at least) a rotation and another movement such as a translation.

Avantageusement, au moins un (et de préférence chaque) dispositif de butée peut être agencé et installé de sorte que la pale correspondante soit libre en rotation sur une plage angulaire d’au moins 80°, cette valeur étant incluse, et d’au plus 100°, cette valeur étant exclue, avantageusement d’au plus 95°.Advantageously, at least one (and preferably each) abutment device can be arranged and installed so that the corresponding blade is free to rotate over an angular range of at least 80°, this value being included, and of at most 100°, this value being excluded, advantageously at most 95°.

Avantageusement, au moins un (et de préférence chaque) dispositif de butée peut être agencé et installé de sorte que l’angle entre la première position de butée et la direction tangentielle soit entre 40° et 55° (en valeur absolue), avantageusement entre 45° et 55° (en valeur absolue).Advantageously, at least one (and preferably each) abutment device can be arranged and installed so that the angle between the first abutment position and the tangential direction is between 40° and 55° (in absolute value), advantageously between 45° and 55° (in absolute value).

Avantageusement, au moins un (et de préférence chaque) dispositif de butée peut être agencé et installé de sorte que l’angle entre la deuxième position de butée et la direction tangentielle soit entre 40° et 55° (en valeur absolue), avantageusement entre 45° et 55° (en valeur absolue). Avantageusement, au moins un (et de préférence chaque) dispositif de butée peut être agencé et installé de sorte que la pale correspondante soit libre en rotationAdvantageously, at least one (and preferably each) abutment device can be arranged and installed so that the angle between the second abutment position and the tangential direction is between 40° and 55° (in absolute value), advantageously between 45° and 55° (in absolute value). Advantageously, at least one (and preferably each) abutment device can be arranged and installed so that the corresponding blade is free to rotate

- sur une plage angulaire entre 90°, cette valeur étant incluse, et 100°, cette valeur étant exclue, avantageusement entre 90° et 98°, ces valeurs étant incluses, avantageusement entre 90° et 95°, ces valeurs étant incluses, par exemple entre 90° et 92°, ces valeurs étant incluses, notamment dans le cas d’une éolienne destinée à être utilisée avec un fluide gazeux comme l’air; le rendement peut alors tendre vers la limite théorique de Betz pour des vitesses de fluide inférieures à 7 m/s ;- over an angular range between 90°, this value being included, and 100°, this value being excluded, advantageously between 90° and 98°, these values being included, advantageously between 90° and 95°, these values being included, by example between 90° and 92°, these values being included, in particular in the case of a wind turbine intended to be used with a gaseous fluid such as air; the efficiency can then tend towards the theoretical Betz limit for fluid velocities of less than 7 m/s;

- sur une plage angulaire variant entre 90°, cette valeur étant incluse, et 100°, cette valeur étant exclue, avantageusement entre 95° et 99°, ces valeurs étant incluses, notamment dans le cas d’une hydrolienne destinée à être utilisée avec un fluide liquide, comme l’eau.- over an angular range varying between 90°, this value being included, and 100°, this value being excluded, advantageously between 95° and 99°, these values being included, in particular in the case of a tidal turbine intended to be used with a liquid fluid, such as water.

Dans un mode de réalisation, au moins une (et de préférence chaque) pale peut être rigide, et par exemple comprendre une plaque, par exemple en aluminium.In one embodiment, at least one (and preferably each) blade can be rigid, and for example comprise a plate, for example made of aluminium.

Avantageusement, au moins une (et de préférence chaque) pale peut comprendre une membrane souple, par exemple en tissu de fibres naturelles (coton par exemple), en tissu de fibres synthétiques (polyamide par exemple), en tissu composite (lin polyester par exemple). La membrane souple n’est pas forcément tissée, on pourra par exemple utiliser une membrane isotrope naturelle (cuir par exemple), une membrane isotrope polymère (néoprène par exemple), etc.Advantageously, at least one (and preferably each) blade can comprise a flexible membrane, for example made of fabric of natural fibers (cotton for example), fabric of synthetic fibers (polyamide for example), composite fabric (linen polyester for example ). The flexible membrane is not necessarily woven, we can for example use a natural isotropic membrane (leather for example), an isotropic polymer membrane (neoprene for example), etc.

Le système de turbine peut ainsi être plus simple à adapter, à fabriquer, à réparer etc. que des pales nécessitant l’utilisation de moules pour leur production (par exemple des pales en plastique, métal, matériaux composites, …). On gagne en outre en efficacité, et la trainée différentielle peut être optimisée sans négliger la portance.The turbine system can thus be simpler to adapt, manufacture, repair, etc. than blades requiring the use of molds for their production (for example blades in plastic, metal, composite materials, etc.). We also gain in efficiency, and the differential drag can be optimized without neglecting the lift.

Avantageusement, au moins une (et de préférence chaque) pale peut comprendre une structure soutenant la membrane souple correspondante.Advantageously, at least one (and preferably each) blade can comprise a structure supporting the corresponding flexible membrane.

Avantageusement, au moins une (et de préférence chaque) pale s’étend dans un plan normal à la direction longitudinale de l’arbre sur une distance représentant au moins un tiers de la distance entre l’arbre et l’axe correspondant, avantageusement au moins 40% de cette distance, et avantageusement au plus 150% de cette distance. On gagne ainsi encore en efficacité.Advantageously, at least one (and preferably each) blade extends in a plane normal to the longitudinal direction of the shaft over a distance representing at least one third of the distance between the shaft and the corresponding axis, advantageously at least 40% of this distance, and advantageously at most 150% of this distance. This further increases efficiency.

L’invention n’est pas limitée à une forme de butée(s) particulière.The invention is not limited to a particular form of abutment(s).

Par exemple, on peut prévoir que la pale définisse une cavité, recevant une extrémité du bras correspondant, entre deux parois formant butées, limitant ainsi la plage angulaire de rotation de la pale.For example, provision can be made for the blade to define a cavity, receiving one end of the corresponding arm, between two walls forming abutments, thus limiting the angular range of rotation of the blade.

On pourra prévoir des aimants en opposition de signe, dont l’un est monté sur la pale et l’autre sur le bras correspondant, et qui se repoussent l’un l’autre avec une force croissante lorsque la pale s’approche de l’extrémité de la plage angulaire de rotation libre, ce qui peut permettre d’amortir les mises en butée.We can provide magnets in opposite sign, one of which is mounted on the blade and the other on the corresponding arm, and which repel each other with increasing force when the blade approaches the end of the angular range of free rotation, which can make it possible to dampen abutments.

On pourrait alternativement prévoir des éléments linéaires souples par exemple légèrement élastiques,, de type corde, ficelle ou tendeur, fixés chacun d’une part à une pale, de l’autre à l’arbre ou à un bras.One could alternatively provide flexible linear elements, for example slightly elastic, of the rope, string or tensioner type, each fixed on the one hand to a blade, on the other to the shaft or to an arm.

On pourrait alternativement prévoir des éléments souples, de types butées de fin de courses, fixés sur les zones de contacts entre la pale et le bras.One could alternatively provide flexible elements, of the limit stop type, fixed to the contact zones between the blade and the arm.

On pourrait alternativement prévoir des éléments plus élaborés, avec des pièces coopérant entre elles, de type vérins ou butées pneumatiques, par exemple fixés chacun d’une part à une pale, de l’autre à l’arbre ou à un bras.Alternatively, more elaborate elements could be provided, with parts cooperating with each other, of the pneumatic cylinder or stop type, for example each fixed on the one hand to a blade, on the other to the shaft or to an arm.

Dans un mode de réalisation, au moins une (et de préférence chaque) pale a une forme triangulaire ou proche du triangle – c’est-à-dire que la pale définit trois discontinuités majeures, formant des angles entre 30° et 120°, par exemple:In one embodiment, at least one (and preferably each) blade has a triangular or near-triangular shape – i.e. the blade defines three major discontinuities, forming angles between 30° and 120°, For example:

- entre 50° et 70° notamment si tous les bords sont droits, ou bien encore- between 50° and 70° especially if all the edges are straight, or even

- un angle entre 100° et 120° et deux angles entre 40° et 30°, notamment si tous les bords sont droits,- an angle between 100° and 120° and two angles between 40° and 30°, especially if all the edges are straight,

- entre 40° et 60°, notamment si les bords sont conformés de sorte que la pale soit concave, ou bien encore- between 40° and 60°, especially if the edges are shaped so that the blade is concave, or even

- un angle entre 30° et 110°, et deux angles entre 0° et 60°, notamment dans le cas d’au moins un bord concave- an angle between 30° and 110°, and two angles between 0° and 60°, in particular in the case of at least one concave edge

Dans un mode de réalisation, au moins un bord d’au moins une (et de préférence chaque) pale est concave, permettant ainsi de mieux répartir les efforts, permettant en particulier de limiter les efforts exercés à proximité des coins du triangle.In one embodiment, at least one edge of at least one (and preferably each) blade is concave, thus making it possible to better distribute the forces, making it possible in particular to limit the forces exerted near the corners of the triangle.

Avantageusement, au moins un bord concave peut atteindre un bord adjacent avec une courbure proche de la direction longitudinale locale du bord adjacent (entre 0° et 10° d’écart, 0° correspondant au cas d’une asymptote parfaite).Advantageously, at least one concave edge can reach an adjacent edge with a curvature close to the local longitudinal direction of the adjacent edge (between 0° and 10° difference, 0° corresponding to the case of a perfect asymptote).

Avantageusement, au niveau d’au moins une extrémité d’au moins un bord concave, la membrane souple peut être fixée à l’intérieur et/ou à l’extrémité d’une tige support correspondant au bord adjacent.Advantageously, at at least one end of at least one concave edge, the flexible membrane can be fixed inside and/or at the end of a support rod corresponding to the adjacent edge.

Une fixation à l’intérieur de la tige peut être judicieuse en termes de répartition des efforts.A fixing inside the rod can be judicious in terms of distribution of the forces.

Avantageusement, au moins une (et de préférence chaque) pale est montée au niveau de l’un de ces coins sur le bras correspondant, par exemple l’axe correspondant à cette pale peut être dans un voisinage de ce coin, par exemple à moins de 25% de la longueur de la pale dans un plan normal à la direction longitudinale de l’arbre, avantageusement à moins de 10% de cette longueur.Advantageously, at least one (and preferably each) blade is mounted at one of these corners on the corresponding arm, for example the axis corresponding to this blade can be in the vicinity of this corner, for example at least 25% of the length of the blade in a plane normal to the longitudinal direction of the shaft, advantageously less than 10% of this length.

On limite ainsi la hauteur de la pale au niveau de l’axe, et donc la masse du système.This limits the height of the blade at the level of the axis, and therefore the mass of the system.

Avantageusement, l’angle correspondant à ce coin a une valeur entre 100° et 120°, notamment si tous les bords sont droits.Advantageously, the angle corresponding to this corner has a value between 100° and 120°, in particular if all the edges are straight.

On peut aussi prévoir que l’angle correspondant à ce coin ait une valeur entre 30° et 110°, notamment si le bord opposé au coin est concave. Les deux autres angles peuvent alors avoir une valeur très faible, tendant vers 0°, entre 0° et 10°, ou davantage.It is also possible to provide for the angle corresponding to this corner to have a value between 30° and 110°, in particular if the edge opposite the corner is concave. The two other angles can then have a very low value, tending towards 0°, between 0° and 10°, or more.

Avantageusement, au moins une (et de préférence chaque) pale peut comprendre une structure en V comprenant deux tiges support formant un coin, le bord de la pale s’étendant entre les deux extrémités libres des branches du V étant dénué de tige support.Advantageously, at least one (and preferably each) blade may comprise a V-shaped structure comprising two support rods forming a wedge, the edge of the blade extending between the two free ends of the branches of the V being devoid of a support rod.

Avantageusement, la pale est montée sur le bras correspondant au niveau du coin formé par ces deux tiges support, par exemple à moins de 25% de la longueur de la pale dans un plan normal à la direction longitudinale de l’arbre, avantageusement à moins de 10% de cette longueur.Advantageously, the blade is mounted on the arm corresponding to the level of the corner formed by these two support rods, for example at less than 25% of the length of the blade in a plane normal to the longitudinal direction of the shaft, advantageously at less than 10% of this length.

Dans un mode de réalisation, ces deux tiges supports s’étendent longitudinalement suivant deux directions respectives symétriques par rapport au plan normal à la direction longitudinale de l’axe correspondant. Par «symétrique», on entend ici une différence d’angle de moins de 20°, avantageusement de moins de 10°, avantageusement de moins de 5°.In one embodiment, these two support rods extend longitudinally in two respective directions symmetrical with respect to the plane normal to the longitudinal direction of the corresponding axis. By “symmetrical”, we mean here an angle difference of less than 20°, advantageously less than 10°, advantageously less than 5°.

Avantageusement, pour au moins une (et de préférence chaque) pale, la membrane souple est soutenue par cette structure en V, et le bord de la membrane souple s’étendant entre les deux extrémités libres des branches du V est un bord libre.Advantageously, for at least one (and preferably each) blade, the flexible membrane is supported by this V-shaped structure, and the edge of the flexible membrane extending between the two free ends of the branches of the V is a free edge.

Avantageusement, ce bord libre est concave, permettant ainsi de répartir les efforts exercés sur les branches de la structure en V. La pale a donc une forme générale triangulaire, avec deux bords droits et un bord concave.Advantageously, this free edge is concave, thus making it possible to distribute the forces exerted on the branches of the V-shaped structure. The blade therefore has a generally triangular shape, with two straight edges and a concave edge.

Dans un mode de réalisation, la structure peut être renforcée par au moins une tige support supplémentaire, s’étendant par exemple depuis le coin vers le bord libre (structure en aile de chauve-souris).In one embodiment, the structure can be reinforced by at least one additional support rod, extending for example from the corner towards the free edge (bat wing structure).

Avantageusement, la direction longitudinale de l’arbre peut être colinéaire ou former un angle de moins de 20° avec le vecteur gravité.Advantageously, the longitudinal direction of the shaft can be collinear or form an angle of less than 20° with the gravity vector.

Avantageusement, au moins un (et de préférence chaque) axe de rotation s’étend suivant une direction parallèle à la direction longitudinale de l’arbre ou formant un angle de moins de 20° avec cette direction.Advantageously, at least one (and preferably each) axis of rotation extends in a direction parallel to the longitudinal direction of the shaft or forming an angle of less than 20° with this direction.

Dans un mode de réalisation, au moins un (et de préférence chaque) bras peut être solidarisé à une tige correspondante, sans degré de liberté, cette tige s’étendant longitudinalement suivant la direction de l’axe de rotation de la pale. La pale correspondante est alors montée rotative autour de cette tige.In one embodiment, at least one (and preferably each) arm can be secured to a corresponding rod, without degree of freedom, this rod extending longitudinally in the direction of the axis of rotation of the blade. The corresponding blade is then rotatably mounted around this rod.

Dans un mode de réalisation, au moins une (et de préférence chaque) pale peut être solidarisée, sans degré de liberté, à une tige, s’étendant suivant la direction de l’axe de rotation de la pale, et montée rotative sur le bras correspondant. La poussée du fluide entraine alors la rotation de l’ensemble arbre plus tige autour de la direction longitudinale de la tige lorsque l’arbre tourne, jusqu’à ce que la pale atteigne une position de butée, offrant alors une prise au vent (ou plus généralement, au fluide).In one embodiment, at least one (and preferably each) blade can be secured, without degree of freedom, to a rod, extending in the direction of the axis of rotation of the blade, and rotatably mounted on the corresponding arm. The thrust of the fluid then causes the rotation of the shaft plus rod assembly around the longitudinal direction of the rod when the shaft rotates, until the blade reaches a stop position, then offering a catch to the wind (or more generally, to the fluid).

Avantageusement, le système de turbine peut être dénué d’éléments de supports des pales qui s’étendraient dans des plans, normaux à la direction longitudinale de l’arbre, distincts du ou des plans normaux à la direction longitudinale de l’arbre occupés par les bras. Dit autrement, le système peut comprendre un seul plan support (ou intervalle de plans support dans le cas de bras s’étendant de façon oblique par rapport à la direction longitudinale de l’arbre. Le système peut ainsi être plus léger et plus facilement adaptable que l’éolienne décrite dans le document décrit ci-dessus.Advantageously, the turbine system may be devoid of blade support elements which would extend in planes, normal to the longitudinal direction of the shaft, distinct from the plane or planes normal to the longitudinal direction of the shaft occupied by arms. In other words, the system can comprise a single support plane (or interval of support planes in the case of arms extending obliquely with respect to the longitudinal direction of the shaft. The system can thus be lighter and more easily adaptable than the wind turbine described in the document described above.

Le système d’éolienne est dénué de moyen de pilotage de l’orientation des pales. Les pales sont laissées libres en rotation dans la plage passive.The wind turbine system has no means of controlling the orientation of the blades. The blades are left free to rotate in the passive range.

Il est en outre proposé un système de turbine à flux transverse, comprenant un arbre s’étendant longitudinalement suivant une direction axiale,
une pluralité de bras montés sur l’arbre et s’étendant suivant des directions ayant des composantes radiales, une pluralité de pales, chaque pale étant montée sur un bras respectif, libre en rotation autour d’un axe s’étendant suivant une direction ayant une composante parallèle à la direction longitudinale de l’arbre, et pour chaque pale, un dispositif de butée, définissant au moins deux positions de butée de sorte que la pale correspondante soit libre en rotation sur une plage angulaire inférieure à 350°, avantageusement de moins de 179°, avantageusement de moins de 120°, par exemple entre 60° et 115°, par exemple entre 60° et 99°, ladite plage angulaire étant répartie symétriquement de part et d’autre de la direction tangentielle autour de l’arbre attachée à l’axe de rotation de la pale. Par «symétrique», on entend ici un écart angulaire de moins de 10°, cette valeur étant incluse, avantageusement de moins de 5°, cette valeur étant incluse.
There is further proposed a cross-flow turbine system, comprising a shaft extending longitudinally in an axial direction,
a plurality of arms mounted on the shaft and extending along directions having radial components, a plurality of blades, each blade being mounted on a respective arm, free to rotate about an axis extending along a direction having a component parallel to the longitudinal direction of the shaft, and for each blade, an abutment device, defining at least two abutment positions so that the corresponding blade is free to rotate over an angular range of less than 350°, advantageously less than 179°, advantageously less than 120°, for example between 60° and 115°, for example between 60° and 99°, said angular range being distributed symmetrically on either side of the tangential direction around the shaft attached to the axis of rotation of the blade. By “symmetrical” is meant here an angular deviation of less than 10°, this value being included, advantageously of less than 5°, this value being included.

L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels :The invention is now described with reference to the accompanying, non-limiting drawings, in which:

est une vue de dessus d’un exemple de système de turbine selon un mode de réalisation de l’invention. is a top view of an exemplary turbine system according to one embodiment of the invention.

est une vue en perspective de l’exemple de système de turbine de la figure 1. is a perspective view of the example turbine system of Figure 1.

est une vue en coupe, dans le plan normal à la direction longitudinale de l’arbre, d’une partie du système de la figure 1. is a sectional view, in the plane normal to the longitudinal direction of the shaft, of part of the system of Figure 1.

montre les positions de butées de cette partie du système. shows the stop positions of this part of the system.

Des références identiques pourront être utilisées pour désigner des éléments identiques ou similaires d’une figure à l’autre.Identical references may be used to designate identical or similar elements from one figure to another.

En référence à la figure 1, un système d’éolienne 10 comprend un arbre 1 s’étendant longitudinalement suivant une direction perpendiculaire au plan de la feuille, suivant la direction du vecteur gravité.Referring to Figure 1, a wind turbine system 10 comprises a shaft 1 extending longitudinally in a direction perpendicular to the plane of the sheet, in the direction of the gravity vector.

Sur la figure 1, la flèche 20 représente la direction du vent.In Figure 1, the arrow 20 represents the direction of the wind.

Dans ce mode de réalisation, la turbine à flux transverse est une éolienne à arbre vertical, mais dans un mode de réalisation alternatif on pourrait prévoir que le fluide actionnant la turbine soit un liquide, par exemple de l’eau.In this embodiment, the cross-flow turbine is a vertical shaft wind turbine, but in an alternative embodiment it could be provided that the fluid driving the turbine is a liquid, for example water.

Trois bras 2, 2’, 2’’ s’étendent radialement depuis cet arbre 1, dans un plan normal à la direction longitudinale de l’arbre 1, soit ici dans le plan de la feuille.Three arms 2, 2', 2'' extend radially from this shaft 1, in a plane normal to the longitudinal direction of shaft 1, i.e. here in the plane of the sheet.

Les bras 2, 2’, 2’’ sont solidarisés, sans aucun degré de liberté, à l’arbre 1.The arms 2, 2', 2'' are secured, without any degree of freedom, to the shaft 1.

Les bras 2, 2’, 2’’ sont répartis régulièrement sur la circonférence de l’arbre 1, c’est-à-dire qu’ils forment entre eux des angles de 120°.The arms 2, 2', 2'' are distributed regularly over the circumference of the shaft 1, that is to say that they form angles of 120° between them.

Bien entendu, on pourra prévoir plus de trois bras, par exemple quatre, cinq, six bras ou davantage. Les angles entre bras adjacents sont alors réduits.Of course, more than three arms may be provided, for example four, five, six or more arms. The angles between adjacent arms are then reduced.

On peut choisir pour ces arbres des tubes, par exemple en aluminium, en bois, en acier inoxydable, en matériau composite ou autre.One can choose for these trees tubes, for example aluminum, wood, stainless steel, composite material or other.

Ces tubes, supportant chacun à lui seul une pale 6, 6’, 6’’ correspondante, peuvent être choisis avec la masse à soutenir de sorte que, dans les conditions d’utilisation attendues:These tubes, each supporting a corresponding 6, 6', 6'' blade alone, can be chosen with the mass to be supported so that, under the expected conditions of use:

- la flèche suivant le vecteur gravité soit de moins de 5 millimètres, avantageusement moins de 1,5 millimètres;- the deflection following the gravity vector is less than 5 millimeters, advantageously less than 1.5 millimeters;

- la flèche suivant les autres directions soit de moins de 20 millimètres, avantageusement moins de 5 millimètres.- the deflection in the other directions is less than 20 millimeters, advantageously less than 5 millimeters.

Ces tubes peuvent par exemple présenter un diamètre externe entre 10 millimètres et 100 millimètres, avantageusement entre 20 millimètres et 40 millimètres, par exemple 30 millimètres, notamment dans le cas de tubes en aluminium.These tubes can for example have an external diameter between 10 millimeters and 100 millimeters, advantageously between 20 millimeters and 40 millimeters, for example 30 millimeters, in particular in the case of aluminum tubes.

L’épaisseur des tubes, notamment dans le cas de tubes en aluminium, peut varier entre 1 millimètres et 5 millimètres, avantageusement entre 1,5 millimètres et 2 millimètres.The thickness of the tubes, in particular in the case of aluminum tubes, can vary between 1 millimeter and 5 millimeters, advantageously between 1.5 millimeters and 2 millimeters.

A l’extrémité de chaque bras 2, 2’, 2’’ est monté un support 12, 12’, 12’’ définissant un orifice 13, 13’, 13’’. Chaque orifice reçoit une tige non représentée solidaire de la pale correspondante.At the end of each arm 2, 2', 2'' is mounted a support 12, 12', 12'' defining an orifice 13, 13', 13''. Each orifice receives a rod, not shown, secured to the corresponding blade.

Le système comprend en outre trois pales 6, 6’, 6’’. Comme illustré sur la figure 1, chaque pale s’étend, dans le plan de la feuille, sur une distance d représentant au moins un tiers de la distance d’entre l’arbre 1 et l’axe correspondant, ici sur environ 80% de cette distance.The system also includes three blades 6, 6', 6''. As illustrated in FIG. 1, each blade extends, in the plane of the sheet, over a distance d representing at least one third of the distance between the shaft 1 and the corresponding axis, here over approximately 80% from this distance.

Comme illustré sur la figure 2, chaque pale a une forme globalement triangulaire.As illustrated in Figure 2, each blade has a generally triangular shape.

Une structure en V comprenant deux tiges rectilignes 70, 70’, 70’’, 71, 71’, 71’’ formant un angle de près de 90° permet de soutenir une membrane souple 8, 8’, 8’’.A V-shaped structure comprising two rectilinear rods 70, 70', 70'', 71, 71', 71'' forming an angle of almost 90° makes it possible to support a flexible membrane 8, 8', 8''.

Le bord 72, 72’,72’’ correspondant à l’espace entre les branches du V est un bord libre, non directement soutenu par une tige.Edge 72, 72', 72'' corresponding to the space between the branches of the V is a free edge, not directly supported by a rod.

Ce bord 72, 72’,72’’ est concave.This 72, 72', 72'' edge is concave.

On peut prévoir de tendre plus ou moins les membranes souples, selon les vents attendus.It is possible to stretch the flexible membranes more or less, depending on the expected winds.

Les tiges rectilignes 70, 70’, 70’’, 71, 71’, 71’’ formant un coin, ici une pièce triangulaire 21, 21’, 21’’, par exemple en aluminium, en bois ou en plastique surmoulé.The straight rods 70, 70', 70'', 71, 71', 71'' forming a corner, here a triangular piece 21, 21', 21'', for example in aluminium, wood or molded plastic.

Comme illustré par la figure 3, cette pièce triangulaire 21, 21’, 21’’ définit une cavité 14 recevant une portion du support 12, 12’, 12’’ respectif.As illustrated in Figure 3, this triangular piece 21, 21', 21'' defines a cavity 14 receiving a portion of the respective support 12, 12', 12''.

Cette cavité est délimitée par deux parois 15, 16, contre lesquelles le support 12 vient en butée.This cavity is delimited by two walls 15, 16, against which the support 12 comes into abutment.

Dans cet exemple, on a installé sur chacune de ces parois 15, 16, un élément élastique 25, 26 pour absorber partiellement l’énergie du choc lors de la mise en butée.In this example, an elastic element 25, 26 has been installed on each of these walls 15, 16 to partially absorb the energy of the impact during the abutment.

Ces éléments élastiques 25, 26 peuvent par exemple être clipsés dans le support 12.These elastic elements 25, 26 can for example be clipped into the support 12.

Ces butées 25, 26 permettent de limiter la plage angulaire de rotation de la pale 6.These stops 25, 26 make it possible to limit the angular range of rotation of the blade 6.

Pour revenir à la figure 1, ces rotations sont libres, le système d’éolienne 10 étant dénué de moyen de pilotage de l’orientation des pales 6, 6’, 6’’.To return to Figure 1, these rotations are free, the wind turbine system 10 being devoid of means for controlling the orientation of the blades 6, 6', 6''.

Sur la figure 1, la pale 6’’ est dans sa plage de libre rotation (dite aussi plage passive) et sa direction est celle du vent, selon la flèche 20.In figure 1, the 6" blade is in its free rotation range (also called passive range) and its direction is that of the wind, according to arrow 20.

En revanche, la pale 6’ est en butée, offrant une résistance au vent qui tend à entrainer l’arbre 1 en rotation. Lorsque le bras 2’ atteint une position angulaire telle que la pale 6’ se retrouve alignée avec la direction du vent, cette pale 6’ en équilibre instable bascule et se retrouve alors en butée contre une deuxième butée, dans une position proche de celle de la pale 6 sur la figure 1.On the other hand, the blade 6' is in abutment, offering a resistance to the wind which tends to cause the shaft 1 to rotate. When the arm 2' reaches an angular position such that the blade 6' finds itself aligned with the direction of the wind, this blade 6' in unstable equilibrium tilts and then finds itself in abutment against a second abutment, in a position close to that of the blade 6 in figure 1.

Ces deux butées sont disposées de sorte que la plage de libre de rotation, (correspondant à l’angle P sur la figure 1) soit répartie symétriquement autour de la direction tangentielle T, T’, T’’, attaché à l’axe de la pale 6, 6’,6’’ dans le repère tournant autour de l’arbre 1 (voir la figure 4).These two stops are arranged so that the range of free rotation (corresponding to the angle P in Figure 1) is distributed symmetrically around the tangential direction T, T', T'', attached to the axis of the blade 6, 6', 6'' in the reference frame rotating around the shaft 1 (see figure 4).

Dans cet exemple, la plage de rotation libre s’étend sur un angle P de 90°.In this example, the free rotation range extends over an angle P of 90°.

Dans cet exemple, l’angle E entre la pale lorsque butant contre la butée 26 (cas de la pale 6 sur la figure 1) et la direction tangentielle T est de 45°, et l’angle I entre la pale lorsque butant contre la butée 25 (cas de la pale 6’ sur la figure 1) et la direction tangentielle T’ correspondante est de 45°.In this example, the angle E between the blade when abutting against the abutment 26 (case of the blade 6 in FIG. 1) and the tangential direction T is 45°, and the angle I between the blade when abutting against the stop 25 (case of blade 6' in FIG. 1) and the corresponding tangential direction T' is 45°.

La figure 4 est une représentation en coupe dans laquelle on a artificiellement superposé cette partie du système lorsqu’en première position de butée (comme la pale 6’ sur la figure 1) et en deuxième position de butée (comme la pale 6 sur la figure 1).FIG. 4 is a sectional representation in which this part of the system has been artificially superimposed when in the first abutment position (like the blade 6' in FIG. 1) and in the second abutment position (like the blade 6 in FIG. 1).

La plage de libre rotation P a une valeur angulaire égale à la somme de l’angle I et de l’angle E. Dans cet exemple, ces angles I, et E sont égaux en valeur absolues, de sorte que la plage passive est symétriquement répartie autour de la direction tangentielle.The range of free rotation P has an angular value equal to the sum of the angle I and the angle E. In this example, these angles I, and E are equal in absolute value, so that the passive range is symmetrically distributed around the tangential direction.

Claims (10)

Système de turbine à flux transverse (10), comprenant
un arbre (1) s’étendant longitudinalement suivant une direction axiale,
une pluralité de bras (2, 2’, 2’’) montés sur l’arbre et s’étendant suivant des directions respectives ayant des composantes radiales,
une pluralité de pales (6, 6’, 6’’), chaque pale étant montée sur un bras respectif, et étant libre en rotation autour d’un axe s’étendant suivant une direction ayant une composante parallèle à la direction longitudinale de l’arbre,
pour chaque pale, un dispositif de butée (21, 21’, 21’’), définissant une première position de butée et une deuxième position de butée limitant les mouvements de rotation de ladite pale entre lesdites première et deuxième positions de butée, de sorte que la pale correspondante soit libre en rotation sur une plage angulaire (P) d’au moins 70°, cette valeur étant incluse, et d’au plus 100°, cette valeur étant exclue, ledit dispositif de butée est agencé et installé de sorte que l’angle (I) entre la première position de butée et la direction tangentielle autour de l’arbre attachée à l’axe de rotation de la pale (T, T’, T’’) soit entre 35° et 55°, en valeur absolue, et que l’angle (E) entre la deuxième position de butée et la direction tangentielle soit entre 35° et 55° en valeur absolue.
A cross-flow turbine system (10), comprising
a shaft (1) extending longitudinally in an axial direction,
a plurality of arms (2, 2', 2'') mounted on the shaft and extending in respective directions having radial components,
a plurality of blades (6, 6', 6''), each blade being mounted on a respective arm, and being free to rotate around an axis extending in a direction having a component parallel to the longitudinal direction of the 'TREE,
for each blade, a stop device (21, 21', 21''), defining a first stop position and a second stop position limiting the rotational movements of said blade between said first and second stop positions, so that the corresponding blade is free to rotate over an angular range (P) of at least 70°, this value being included, and of at most 100°, this value being excluded, said stop device is arranged and installed so that the angle (I) between the first stop position and the tangential direction around the shaft attached to the axis of rotation of the blade (T, T', T'') is between 35° and 55°, in absolute value, and that the angle (E) between the second stop position and the tangential direction is between 35° and 55° in absolute value.
Système de turbine à flux transverse (10) selon la revendication 1, dans lequel au moins un dispositif de butée (21, 21’, 21’’) est agencé et installé de sorte que la pale correspondante (6, 6’, 6’’) soit libre en rotation sur une plage angulaire (P) d’au moins 80°, cette valeur étant incluse, et d’au plus 100°, cette valeur étant exclue.A cross-flow turbine system (10) according to claim 1, wherein at least one thrust device (21, 21', 21'') is arranged and installed such that the corresponding blade (6, 6', 6' ') is free to rotate over an angular range (P) of at least 80°, this value being included, and of at most 100°, this value being excluded. Système de turbine à flux transverse (10) selon la revendication 2, dans lequel
au moins un dispositif de butée (21, 21’, 21’’) est agencé et installé de sorte que la pale correspondante (6, 6’, 6’’) soit libre en rotation sur une plage angulaire (P) entre 90°, cette valeur étant incluse, et 98°, cette valeur étant incluse.
A cross-flow turbine system (10) according to claim 2, wherein
at least one stop device (21, 21', 21'') is arranged and installed so that the corresponding blade (6, 6', 6'') is free to rotate over an angular range (P) between 90° , this value being included, and 98°, this value being included.
Système de turbine à flux transverse (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel au moins un dispositif de butée (21, 21’, 21’’) est agencé et installé de sorte que et
l’angle (I) entre la première position de butée et la direction tangentielle (T, T’, T’’) soit entre 40° et 55° en valeur absolue et que l’angle € entre la deuxième position de butée et la direction tangentielle soit entre 40° et 55° en valeur absolue.
A cross-flow turbine system (10) according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one thrust device (21, 21', 21'') is arranged and installed such that and
the angle (I) between the first stop position and the tangential direction (T, T', T'') is between 40° and 55° in absolute value and that the angle € between the second stop position and the tangential direction, i.e. between 40° and 55° in absolute value.
Système de turbine à flux transverse (10) l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel au moins une pale (6, 6’, 6’’) comprend une membrane souple (8, 8’, 8’’).A cross-flow turbine system (10) as claimed in any one of claims 1 to 4, wherein at least one blade (6,6',6'') comprises a flexible membrane (8,8',8''). Système de turbine à flux transverse (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel au moins une pale (6, 6’, 6’’) comprend une structure en V comprenant deux tiges support (70,70’, 70’’ 71, 71’,71’’) formant un coin (21, 21’, 21’’), le bord (72, 72’, 72’’) de la pale s’étendant entre les deux extrémités libres des branches du V étant dénué de tige support.A cross-flow turbine system (10) according to any one of claims 1 to 5, wherein at least one blade (6, 6', 6'') comprises a V-structure comprising two support rods (70, 70' , 70'' 71, 71', 71'') forming a corner (21, 21', 21''), the edge (72, 72', 72'') of the blade extending between the two free ends branches of the V being devoid of a support rod. Système de turbine à flux transverse (10) selon la revendication 6 lorsqu’elle dépend de la 5, dans lequel la membrane souple (8, 8’,8’’) est soutenue par cette structure en V, et le bord (72,72’,72’’) de la membrane souple s’étendant entre les deux extrémités libres des branches du V est concave.A cross-flow turbine system (10) according to claim 6 when dependent on claim 5, wherein the flexible membrane (8, 8', 8'') is supported by said V structure, and the edge (72, 72', 72'') of the flexible membrane extending between the two free ends of the branches of the V is concave. Système de turbine à flux transverse (10) selon la revendication 6 ou 7, dans lequel au moins une pale (6, 6’, 6’’) est montée au niveau dudit coin sur le bras correspondant (2, 2’, 2’’), l’axe correspondant à ladite pale étant situé dans un voisinage dudit coin, à moins de 25% de la longueur de la pale dans un plan normal à la direction longitudinale de l’arbre.A cross-flow turbine system (10) according to claim 6 or 7, wherein at least one blade (6, 6', 6'') is mounted at said corner on the corresponding arm (2, 2', 2' '), the axis corresponding to said blade being located in the vicinity of said corner, at less than 25% of the length of the blade in a plane normal to the longitudinal direction of the shaft. Système de turbine à flux transverse (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel au moins une pale (6, 6’, 6’’) s’étend dans un plan normal à la direction longitudinale de l’arbre sur une distance (d) représentant au moins un tiers de la distance (d’) entre l’arbre et l’axe correspondant.A cross-flow turbine system (10) according to any one of claims 1 to 8, wherein at least one blade (6, 6', 6'') extends in a plane normal to the longitudinal direction of the shaft over a distance (d) representing at least one third of the distance (d') between the shaft and the corresponding axis. Système de turbine à flux transverse (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, ledit système de turbine étant dénué d’éléments de supports des pales qui s’étendraient dans des plans, normaux à la direction longitudinale de l’arbre, distincts du ou des plans normaux à la direction longitudinale de l’arbre occupés par les bras (2, 2’, 2’’).A cross-flow turbine system (10) according to any one of claims 1 to 9, said turbine system being devoid of blade support members which extend in planes normal to the longitudinal direction of the shaft , distinct from the plane or planes normal to the longitudinal direction of the shaft occupied by the arms (2, 2', 2'').
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