FR3112818A1 - Turbine a axe vertical pour la production d’une force motrice extraite de l’energie d’origine eolienne. - Google Patents

Abstract

TURBINE A AXE VERTICAL POUR LA PRODUCTION D’UNE FORCE MOTRICE D’ORIGINE EOLIENNE . La présente invention concerne une turbine (1) à axe vertical comprenant :- un axe vertical fixe (11) dans une structure porteuse (12) et des paliers (71) autour dudit axe sur lesquels sont fixés les montants (21) et (22) des châssis (20) d’au moins quatre pales comportant des volets (30) avec levier(32) pivotant sur leur axe (31) avec leurs extrémités implantées aux montants (23),(24) des châssis (20) ; deux pales constituant l’étage inférieur , deux pales de conception et d’implantation identiques constituant l’étage supérieur , les étages montés perpendiculairement et solidairement l’un par rapport à l’autre ,- un disque-plateau avec excentrique (40) circulaire solidaire d’une girouette (50) , - un support (60) dont une extrémité fixée à l’axe (51) de ladite girouette , l’autre extrémité portant deux palettes (62),(65) et un empennage (61) , - un arbre de transmission (70) des couples moteur et une couronne (80) pour la transmission de la force motrice par chaîne ou courroie dentée .

Description

TURBINE A AXE VERTICAL POUR LA PRODUCTION D’UNE FORCE MOTRICE EXTRAITE DE L’ENERGIE D’ORIGINE EOLIENNE.

La présente invention concerne une turbine à axe vertical pour la production d’une force motrice extraite de l’énergie d’origine éolienne.

Le domaine de l’invention est celui de la conception et de la fabrication d’une turbine à axe vertical pour la production d’une force motrice extraite de l’énergie d’origine éolienne. Il existe plusieurs modèles de turbines aériennes à axe vertical :

• les machines à écran orientable,
• les machines à clapets battants,
• les machines à pales tournantes,
• les machines à variation cyclique d’incidence à aubes fixes ou mobiles,

Ces machines sont de construction simple, ne nécessitant aucun dispositif d’orientation au vent. Elles possèdent un couple élevé au démarrage sauf le rotor Darrieus et produisent de l’énergie par vents faibles (sauf le rotor Darrieus) qui sont les plus fréquents à l’intérieur des terres. Malgré leur faible rendement, l’insuffisance de puissance peut être compensée par une augmentation des dimensions ou par une recherche d’un meilleur rendement. Cependant le combustible (le vent) étant gratuit, la recherche d’une efficacité technique élevée n’est pas toujours justifiée.

Dans l’état de la technique, la plupart de ces machines présentent de nombreux inconvénients :

• les machines à clapets battants sont bruyantes et fragiles (chocs sur butées),
• les machines à traînée différentielle ou à écran orientable (type panémone, rotor Savonius) plus massives ont une prise au vent élevée.

Les turbines à axe vertical à traînée différentielle, à écran, à clapets battants sont constituées de pales montées sur le même plan horizontal et verticalement à l’axe mais ce mode de construction a l’inconvénient de soustraire en partie à l’action du vent la pale située à l’arrière de la pale dont la totalité de la surface est momentanément exposée au vent pendant une rotation de quelques dizaines de degrés. Les pales concaves des panémones ainsi que celles du rotor Savonius, remontant le vent sont frappées par le vent sur les parties convexes ce qui a pour conséquence de réduire fortement le rendement de telles machines ; le couple moteur étant la résultante de la différence des forces exercées sur les parties concaves et convexes. De plus, toutes ces machines ne sont pas équipées de dispositifs pour effacer les pales afin de les protéger de leur destruction par forts coups de vent ou tempête.

La présente invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l’art antérieur.

L’invention peut comporter plusieurs pales mais pour plus de clarté dans la description, celles-ci sont au nombre de quatre. L’invention est constituée de quatre surfaces planes disposées verticalement, radialement et solidairement, guidées en rotation par des paliers autour d’un axe fixe vertical ou mât, chacunes disposées autour dudit mât. Ces surfaces sont constituées de volets montés verticalement ou horizontalement dans un châssis rigide formant une pale. Deux pales diamétralement opposées par rapport à l’axe vertical montées verticalement sur le même plan constituent l’étage inférieur et deux pales identiques (forme et montage) à un étage supérieur ; les étages étant montés perpendiculairement et solidairement, l’un par rapport à l’autre.

La surface d’une pale est frappée par le vent pendant une rotation de 180 ° environ. La surface de la pale diamétralement opposée par rapport l’axe fixe, remontant le vent, s’efface pendant une rotation de 180 °environ ; les volets pivotants étant actionnés et placés à l’horizontale par un mécanisme décrit au paragraphe de la description détaillée de l’invention.

Ainsi, la dissymétrie des forces exercées sur chaque pale crée un couple moteur sur l’axe vertical.

L’invention peut comporter plusieurs étages mais pour plus de clarté dans la description, celle-ci est également développée pour une invention comportant deux étages. Pour soustraire les pales à l’action du vent pendant la course de retour, les volets pivotant sur leur axe sont reliés entre eux au moyen d’un lien souple ou rigide, préférentiellement de biellettes. Une action sur le volet supérieur entraine tous les volets. Un lien souple de transmission relie le volet supérieur à une extrémité d’un bras de levier pivotant autour d’un axe fixé sur le montant supérieur de chaque pale, l’autre extrémité du bras de levier comporte un galet dont le roulement sur la périphérie de la partie excentrique d’un disque-plateau solidaire d’une girouette produit un mouvement de va-et-vient transmis aux volets de chaque pale. Mais ce mouvement implique nécessairement une force de rappel qui est produite par un ressort de traction relié par un lien souple au volet inférieur et monté en tension sur le montant inférieur du châssis de chaque pale. La durée de chaque mouvement permet de maintenir les volets perpendiculairement au vent pendant une rotation de 180 ° environ et horizontalement au vent pendant le retour de la pale au vent.

Une palette perpendiculaire au vent est fixée au support de l’empennage d’une girouette. Cette palette est reliée par un lien souple à un disque-plateau qui comporte une circonférence excentrique sur une demi-épaisseur et une circonférence circulaire sur l’autre demi-épaisseur. Par vent fort ou tempête, cette palette tire le disque-plateau qui coulisse verticalement vers le haut sur l’axe de la girouette. Le déplacement du disque-plateau place la circonférence circulaire dudit disque-plateau sur la trajectoire de galets en rotation. Le mouvement de va-et-vient est donc supprimé. Le roulement des galets sur la circonférence circulaire du disque-plateau place les volets des quatre pales horizontalement face au vent entrainant ainsi l’arrêt de la turbine.

Au retour d’un temps plus calme, la palette passe en position neutre, le poids du disque-plateau le fait coulisser sur son axe vers le bas. La circonférence excentrique et circulaire du disque-plateau est replacée sur la trajectoire des galets ce qui entraîne à nouveau le mouvement de va-et-vient qui provoque le démarrage de la turbine.

A la base de l’arbre de transmission de la turbine décrit ci-après, tous types de transmission de la force motrice par engrenages avec dispositifs intermédiaires d’accouplements ou selon un mode particulier de réalisation, un plateau denté pour une transmission de la force motrice par chaîne ou courroie dentée.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante en se référant aux dessins.

La est une représentation schématique de la turbine selon l’invention.

La est une vue de dessus du disque-plateau excentrique circulaire (sans dispositif girouette).

La est une vue en coupe partielle du disque-plateau excentrique en mode fonctionnement normal de la turbine.

La est une vue en coupe partielle du disque-plateau excentrique en mode mise en arrêt de la turbine par vent fort ou tempête.

La est une vue de dessus d’un boîtier-palier de la turbine selon la .

La est une vue de l’empennage de la girouette et du dispositif palettes en mode de fonctionnement normal de la turbine.

La est une vue de l’empennage de la girouette et du dispositif palettes en mode mise en arrêt de la turbine par vent fort et tempête.

La est une vue d’ensemble de l’arbre de transmission de la force motrice.

La illustre la turbine 1 à axe vertical pour la production d’une force motrice extraite de l’énergie éolienne. Les pales P1-P1a-P2-P2a sont fixées aux paliers 71 de part et d’autre de l’axe fixe 11 ou mât ; les pales P1-P1a alignées dans le même plan constituant l’étage inférieur, les pales P2-P2a de conception et d’implantation identiques constituant l’étage supérieur ; les étages étant montés perpendiculairement et solidairement, l’un par rapport à l’autre.

Les pales P1- P1a-P2-P2a sont constituées d’un châssis 20 de forme rectangulaire ou carrée avec des montants 21-22-23-24- en alliage léger, creux, rectangulaires ou tubulaires. Selon un mode particulier de réalisation, les montants supérieurs 21 et inférieurs 22 du châssis 20 des pales sont couplés à des tubes métalliques 72, ayant de préférence la même forme, la même section et préalablement soudés aux paliers 71, au moyen de manchons 25 externes ou internes. La surface des pales P1, P1a-P2, P2a est constituée de volets 30 de forme rectangulaire, en alliage léger ou en matériau composite léger. Un axe 31 fixé au volet passe par le point médian de la largeur de chaque volet. Les deux extrémités de l’axe 31 de chaque volet sont montées sur paliers implantés sur les montants 23,24 du châssis20. A l’une des extrémités de l’axe 31, un levier 32 est fixé perpendiculairement à l’axe selon un angle par rapport au plan du volet 30 permettant un pivotement de 90° dudit volet ; les leviers étant reliés entre eux au moyen de biellettes 33. Ainsi, une action sur un seul levier entraîne tous les leviers ce qui permet d’obtenir, lors d’une rotation des pales P1, P1a, P2, P2a, soit une surface maximum de la pale face au vent, soit une surface réduite à celles des montants 21, 22, 23, 24 du châssis 20 lors du retour de la pale face au vent. Les volets avec axe et paliers, les biellettes, sont montés dans les châssis en atelier. Le montage des pales de la turbine est décrit au paragraphe concernant le montage de la turbine sur site.

La illustre en partie et en vue de dessus le dispositif disque-plateau excentrique circulaire 40 et le levier 45 avec galet 42 permettant d’actionner les volets 30 sur leur axe 31. L’ensemble comprend une girouette 50 dont l’axe 51 est désolidarisé de celui de l’arbre de transmission 70 de la force motrice. L’axe 51 de la girouette est un tube métallique avec une extrémité avec couvercle soudé, coiffant et pivotant autour de l’axe fixe 11 ou mât.

La représente une vue en coupe partielle du disque-plateau 40 a avec partie centrales évidées ayant pour axe celui de la girouette 50 qui fait fonction de moyeu. Le diamètre intérieur du trou de moyeu du disque-plateau 40 est légèrement supérieur à celui du diamètre extérieur de la girouette. Une clavette verticale 54 soudée sur la partie extérieure de l’axe 51 de la girouette bloque la rotation du disque-plateau autour de son axe mais le disque-plateau 40 coulisse verticalement sur l’axe 51 jusqu’à la butée 55 afin de pouvoir positionner le disque-plateau pour obtenir la mise en arrêt de la turbine par vent fort ou tempête. Cette opération est décrite au paragraphe concernant le dispositif girouette à empennage.

Le disque-plateau 40 est composé d’un ou plusieurs disques de même diamètre superposés et solidarisés.

Selon un mode préférentiel de construction, la et la représentent le disque-plateau 40 usiné sur la demi-épaisseur de la partie supérieure (la partie inférieure est côté pales). Sur cette demi-épaisseur et autour d’une demi-circonférence environ, la matière est enlevée afin d’obtenir une demi-circonférence d’un cercle avec un rayon inférieur à celui de la demi-circonférence restée en l’état. La circonférence de la demi-épaisseur non usinée n’est pas modifiée. Le disque-plateau 40, sur une demi-épaisseur, a une demi-circonférence d’un cercle avec un certain rayon, l’autre demi-circonférence d’un cercle avec un rayon plus petit, créant ainsi un excentrique sur le périmètre. En périphérie de ces deux demi-circonférences, un galet 42 avec roulement est fixé à une extrémité de chaque bras de levier 45a monté sur pivot 41 fixé au montant supérieur 21 du châssis 20 des pales P2, P2a de l’étage supérieur. Le plan de rotation des pales étant situé au-dessous du disque - plateau excentrique (40), la forme des bras de levier 45a portant les galets doit être adaptée afin que le roulement des galets sur la périphérie du disque-plateau soit possible.

Les bras de levier 45a avec galets représentés à la sont tangents au disque-plateau

Selon une variante non représentée, un dispositif - galet et tige-poussoir sur glissière - fixé au montant supérieur des pales et monté perpendiculairement au disque-plateau peut se substituer au levier tangent au disque-plateau décrit ci-avant. Ce dispositif est particulièrement adapté si chaque étage comporte plus de deux pales.

Le mouvement de bascule des bras de leviers 45 autour de leurs pivots 41 est un mouvement dans le même plan horizontal par rapport au plan de rotation des pales. L’axe 43 du galet 42 coulisse verticalement dans son palier. La longueur de l’axe du galet doit être suffisante pour le montage d’un ressort de compression 44 autour et entre l’axe et son palier.

La montre que la longueur de course de l’axe 43 doit être au moins égale à l’épaisseur du disque-plateau excentrique.

A l’autre extrémité de chaque bras de levier 45b, selon un mode préférentiel de construction, un câble 46 passant par une poulie folle 34 de renvoi est relié au levier 32 du volet supérieur 30a du châssis 20 des pales P2, P2a.

Tous autres liens souples de transmission telles que chaîne ou courroie dentée ouverte avec poulies folles de renvoi appropriées au moyen de transmission peuvent être utilisés et se substituer au câble.

Le pivotement du levier 45 relié par câble aux volets 30 agit sur ces volets.

Tous les leviers 45 doivent obligatoirement se situer dans le même plan de rotation autour du disque-plateau excentrique 40 commun aux pales P1, P1a, P2, P2a.

Aussi, la montre deux tubes métalliques 72 diamétralement opposés sont soudés sur deux faces du boîtier-palier 71 parallélépipédique droit et section carrée (décrit au paragraphe arbre de transmission de la turbine) portant les montants supérieurs 21 du châssis 20 des pales P2, P2a de l’étage supérieur ; deux tubes diamétralement opposés sont également soudés sur les deux autres faces du boitier-palier. Sur la , on remarque que la longueur des tubes doit être suffisante pour monter le levier 45 sur pivot 41. A l’extrémité 45b du bras de levier 45, un câble 77 transmettant le mouvement de va-et-vient aux volets supérieurs 30a des pales P1, P1a de l’étage inférieur. Au levier 32 du volet inférieur 30b des pales P1, P1a, P2, P2a est attaché le câble 46 passant par une poulie 34 de renvoi et se terminant par un ressort de traction 36 lequel est fixé au montant inférieur 22 du châssis 20 des pales P1, P1a, P2, P2a.

Ce ressort de traction, mis sous tension au montage, produit une force de rappel qui tire le levier 45 agissant sur le galet 42 qui est ainsi maintenu en appui sur la circonférence du disque-plateau excentrique 40.

Selon une variante non représentée, un poids avec amortisseur attaché au câble passant par une poulie de renvoi montée sur le montant inférieur 22 des pales P1, P1a, P2, P2a près de l’arbre de transmission (70) de la force motrice pour réduire la force centrifuge, peut également se substituer au ressort de traction.

La montre le levier 45 monté sur pivot 41 fixé au montant supérieur 21 du châssis de chaque pale. Le disque-plateau excentrique 40 est solidaire de la girouette 50 dans sa rotation. L’empennage 61 maintient ladite girouette dans le sens du vent, le roulement du galet 42 en pression sur la circonférence du disque-plateau de différents rayons génère un mouvement de va-et-vient du levier 45 pendant la rotation de la pale. Ce mouvement est utilisé pour actionner les volets 30.

Lors d’une rotation complète des pales P1, P1a, P2, P2a, le galet 42 en appui sur la circonférence du disque-plateau est alternativement sur une demi-circonférence d’un cercle grand rayon, sur l’autre d’un cercle petit rayon. Le roulement du galet 42 sur la demi-circonférence du cercle petit rayon du disque-plateau excentrique 40 actionne le levier 45a, l’autre extrémité du levier 45b transmet le mouvement par câble 46 passant par une poulie de renvoi 34 aux volets supérieurs 30a qui passent et sont maintenus en position verticale face au vent pendant une rotation des pales de 180 ° environ. Le roulement du galet 42 sur la circonférence du cercle grand rayon du disque-plateau excentrique 40 génère un mouvement qui met les volets en position horizontale face au vent au retour de la pale.

Un espace de quelques millimètres entre les volets en position verticale est indispensable afin d’éviter les chocs lors du pivotement des volets sur leur axe.

Le dispositif girouette 50 à empennage a pour fonction d’orienter le disque-plateau excentrique 40 solidaire mais coulissant verticalement sur l’axe 51 de la girouette, selon le déplacement visible sur les figures 3 et 4 , afin que le roulement des galets 42 sur les demi-circonférences des cercles des différents rayons du disque-plateau produise un mouvement de « va-et-vient » qui agit sur les leviers 32 entrainant le pivotement des volets qui passent en position verticale face au vent et en position horizontale au retour des pales P1, P1a, P2, P2a, en rotation.

L’ensemble du dispositif girouette 50 est désolidarisé de l’arbre de transmission 70 de la force motrice et peut tourner autour de l’axe fixe 11 ou mât sous l’action du vent.

L’ensemble du dispositif girouette, représenté aux figures 6 et 7, comporte un long support métallique 60 dont une extrémité est fixée au tube métallique constituant l’axe 51 de la girouette, au moyen d’un dispositif métallique 56 tel un collier en deux parties ; l’autre extrémité portant l’empennage 61 de la girouette. Le support métallique 60 a une partie coudée dirigée vers le haut afin de placer l’empennage 61 en dehors des turbulences provoquées par la rotation des pales P1, P1a, P2, P2a. La longueur du support et la surface de l’empennage sont dimensionnées pour orienter la girouette 50 par vent faible. Le support portant l’empennage est fixé à l’axe 51 de la girouette de telle sorte que lors du roulement des galets 42, visibles , sur la demi-circonférence petit rayon du disque-plateau excentrique 40, le mouvement de « va-et-vient » des leviers 45 actionne les leviers 32 des volets supérieurs 30a des pales P1, P1a, P2, P2a et maintient tous les volets perpendiculairement au vent pendant la rotation des pales de 180° environ. Au retour des pales, le roulement des galets 42 est sur la circonférence grand rayon, le mouvement de va-et-vient actionne et maintient les volets 30 horizontalement face au vent.

Deux palettes 62 ,65 représentées aux figures 6 et 7 dont les fonctions décrites ci-après, sont montées perpendiculairement au vent sur le support 60 en avant de l’empennage 61. La palette 62 montée sur articulation 63 au support 60 bute contre la partie horizontale du cadre métallique 66 en forme de L fixé au support. La palette 65 est montée et articulée à la partie inférieure du cadre 66.

L’ensemble du dispositif girouette, représenté aux figures 6 et 7, comporte également un tube métallique avec un diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur du mât, constituant l’axe 51 de la girouette 50 dont une extrémité fermée, coulissant et coiffant l’axe fixe 11 ou mât, illustrée aux figures 3 et 4. Une plaque métallique 52 percée en son centre pour le passage de l’axe fixe 11 est soudée à la base de l’axe 51 de la girouette 50. Sur cette plaque métallique 52, quatre boulons avec contre écrou sont vissés à ladite plaque sur un cercle concentrique à l’axe supportent le disque-plateau 40 et sont accessoirement un moyen de réglage pour placer les circonférences du disque-plateau sur le plan de rotation des galets 42.

Sur la partie supérieure de l’axe 51 de la girouette 50, deux poulies 57 folles sont montées, diamétralement opposées, sur l’axe.

Un câble 58 dont les deux extrémités fixées au disque-plateau excentrique 40, passe par ces poulies et forme une boucle autour de l’axe. Au centre de cette boucle, un câble 59 avec ressort de traction est relié à la palette 62 « vent fort ou tempête » articulée sur un axe perpendiculaire à l’empennage 61.

Par vent fort ou tempête, la palette 62, représentée , tire le câble 59 dont l’effet tire le disque-plateau excentrique 40 qui coulisse vers le haut, déplacement visible sur la . La butée 55 fixée sur l’axe de la girouette 50 bloque la course du disque-plateau . Les galets 42 , étant en rotation autour des demi-circonférences de différents rayons du disque-plateau excentrique 40 , la trajectoire des galets en appui sur la demi-circonférence grand rayon ne change pas . Les galets 42 en appui sur la demi-circonférence petit rayon, positions visibles sur la , sont poussés vers le haut mais dès que ces galets en rotation passent sur une demi-circonférence grand rayon, le ressort 44 placé autour de l’axe des galets pousse ceux-ci vers le bas, les galets 42 passant à nouveau sur une circonférence circulaire entière du cercle grand rayon du disque-plateau 40.

Après une rotation complète des pales P1, P1a, P2, P2a, tous les galets représentés sur la sont en rotation sur une circonférence grand rayon du disque-plateau 40 donnant ainsi un mouvement qui met et maintient tous les volets 30 des pales en position horizontale face au vent ce qui entraine la mise en arrêt de la turbine 1.

La palette 62 « vent fort ou tempête », représentée sur la , a pour fonction d’actionner par tous liens souples et préférentiellement par câble 59 le dispositif pour la mise en arrêt de la turbine 1. Cette palette est montée sous l’empennage 61 perpendiculairement au vent . Sa surface, son poids sont définis après calculs et essais afin que ladite palette puisse uniquement être « active » par vent fort ou tempête.

Afin d’arrêter le balancement de la palette 62 par vent fort ou tempête soufflant en rafale, une tige métallique 64 crantée montée sur charnière 63a fixée à cette palette, est placée perpendiculairement sur cette palette 62. A proximité de la base de la palette « vent fort ou tempête », une deuxième palette 65, visible sur les figures 6 et 7, « active » par vent modéré est montée sur un support 66 fixé au support 60 de la girouette 50. La palette 65 comporte un dispositif métallique 67 dont l’extrémité en forme de boucle se place dans un cran de la tige métallique 64 crantée afin d’arrêter le balancement de la palette 62 « vent fort ou tempête ».

A noter que la palette 65 « active » par vent modéré n’a aucune incidence sur le bon fonctionnement de la turbine 1 en mode service normal.

Au retour d’un temps plus calme, la palette 65 « vent modéré » reprend la position verticale, le dispositif 67 sur cette palette se décroche de la tige 64 crantée. La palette 62 « vent fort ou tempête » n’étant plus bloquée , revient en position neutre . Le câble 59 relié au disque-plateau excentrique 40 se relâche , le poids du disque-plateau 40 déplace celui-ci vers le bas . Ce mouvement, visible sur la , replace la partie excentrique de la demi-épaisseur du disque-plateau présentant une demi-circonférence petit rayon et une demi-circonférence grand rayon sur la trajectoire des galets 42.

Compte tenu de la configuration du disque-plateau 40 visible sur la et de sa position par rapport au vent mue par la girouette 50 sont telles que deux galets 42 se situent obligatoirement sur la périphérie d’une circonférence petit rayon du disque-plateau.

La position desdits galets place les volets 30 en position verticale face au vent de deux pales P1a et P2 ou P1 et P2a, entraînant ainsi la remise en marche de la turbine 1 dès le retour d’un vent faible.

Le support de la turbine 1, représenté sur la , est un tube 13 métallique rond, plein ou creux dont la base est solidement implantée dans une structure porteuse 12 au sol ou hors sol.

Selon un mode particulier de réalisation, l’axe fixe 11 ou mât est un tube cylindrique creux, l’extrémité au sommet est fermée d’une plaque métallique ronde d’un diamètre égal au diamètre extérieur de l’axe, au centre de cette plaque est fixée une rotule ou une bille d’acier 14 dans une cuvette supportant la girouette 50. La base de l’axe 11 ou mât est introduite verticalement dans le tube 13 en acier d’un diamètre légèrement supérieur au diamètre extérieur du mât 11 préalablement implanté dans la structure porteuse 12.

L’ensemble axe fixe 11 et tube est solidarisé par tous moyens 15 bloquant la rotation dudit mât dans le tube en acier. L’arbre de transmission des forces recueillies sur la turbine 1 peut être un arbre creux mobile guidé en rotation par des paliers autour d’un axe fixe ou mât.

Selon un mode préférentiel de construction, l’arbre de transmission 70 de la force motrice de la turbine 1 représenté sur la , est constitué d’un ensemble d’éléments sur lesquels sont soudés des tubes métalliques 72.

Chaque élément est un boîtier métallique creux de forme cylindrique ou, selon une variante, parallélépipédique droit aux faces rectangulaires avec une section carrée dont la dimension des côtés est largement supérieure au diamètre extérieur de l’axe fixe 11 ou mât.

Le boitier, représenté sur la , constitue un palier en vue de dessus appelé boîtier- palier 71 pour la description. Un roulement à billes 71a - au moins – dont le sens de rotation est perpendiculaire à l’axe fixe 11 ou mât est monté sur un profilé acier en U fixé sur chaque face intérieure du boîtier-palier 71 . La distance entre chaque roulement 71a opposé à l’intérieur du boîtier-palier 71 doit correspondre au diamètre extérieur de l’axe fixe 11 ou mât . Le nombre et l’emplacement des roulements sont étudiés et montés pour assurer la rotation et le maintien des boitiers-paliers 71 autour de l’axe fixe 11 ou mât et sont soutenus par une butée à billes 76 et par un dispositif de blocage 78 serré sur l’axe dont l’ensemble est visible sur la . Des tubes métalliques 72 sont soudés sur chacunes des deux ou quatre faces latérales extérieures. Ces tubes creux de forme tubulaire, carrée ou rectangulaire ont, de préférence, la même forme et la même section que les montants 21 ,22 du châssis 20 des pales P1, P1a, P2, P2a.

Les tubes 72 ont une longueur requise pour monter sur chacuns d’eux le levier 45 monté sur pivot 41 fixé à ces tubes. La plaque métallique 73, visible sur la et sur la , ayant une surface supérieure à celle de la section du boîtier-palier 71 et percée à son centre d’une ouverture nécessaire au passage de l’axe fixe 11 ou mât, est centrée et soudée à la base du boîtier-palier.

Cette plaque 73, percée de trous situés sur un cercle concentrique à l’axe, permet la fixation d’entretoises 74 métalliques reliant le boîtier-palier 71 de l’étage supérieur à celui de l’étage inférieur.

Afin de contenir les forces de torsion résultant d’un différentiel de forces supportées à chaque boîtier-palier 71, des renforts 75 sont montés entre les entretoises 74 pour rigidifier l’ensemble des quatre entretoises de chaque étage. Ces entretoises 74, fixées au moyen de boulons, transmettent les couples moteur créés par la rotation des pales P2, P2a de l’étage supérieur vers le boîtier-palier de l’étage inférieur, l’ensemble de ces moyens est visible sur la et la .

Au montage sur site, les montants horizontaux des châssis 20 des pales P1, P1a, P2, P2a, sont mis au bout des tubes métalliques 72 puis solidarisés et boulonnés ensemble à un manchon métallique 25 externe ou interne plein ou creux introduit dans les tubes 72 et dans le montant des châssis 20 des pales P1, P1a, P2, P2a. L’arbre de transmission 70 de la force motrice est constitué par l’assemblage des éléments décrits ci-avant et portés sur la . A la base de l’arbre de transmission, tous types de transmission de la force motrice par engrenages avec dispositifs intermédiaires d’accouplement ou selon un mode préférentiel de construction, une couronne 80 - type plateau denté - pour la transmission de la force motrice par chaîne ou courroie dentée.

Les éléments constituant l’arbre de transmission 70 sont montés sur site selon l’ordre suivant.

L’axe fixe 11 ou mât, support de l’arbre de transmission est implanté dans une structure porteuse 12 sans omettre de relier le dit axe fixe ou mât à une prise de terre.

Par le sommet de l’axe fixe ou mât, un premier ensemble comprenant la couronne 80, la butée à billes 76 autour de l’axe fixe dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre de l’axe fixe 11 ou mât, est introduit dans ledit axe fixe, puis le boîtier-palier 71 portant deux tubes métalliques 72.

Ce premier ensemble constituant le palier du montant inférieur 22 du châssis 20 des pales P1, P1a du premier étage, non positionné sur l’axe fixe 11 ou mât, est provisoirement soutenu par un dispositif de blocage 78 serré autour de l’axe fixe.

Puis, un deuxième ensemble comprenant la butée à billes 76 autour de l’axe fixe, un boîtier-palier 71 portant quatre tubes métalliques 72 soudés aux quatre faces extérieures dans le même plan.

Ce deuxième ensemble constitue le palier du montant supérieur 21 du châssis 20 des pales P1, P1a du premier étage et le palier du montant inférieur 22 du châssis 20 des pales P2, P2a du deuxième étage. Cet ensemble, non positionné sur l’axe fixe 11 ou mât, est provisoirement soutenu par un dispositif de blocage 78 serré autour de l’axe fixe.

Puis, un troisième ensemble comprenant la butée à billes 76 autour de l’axe fixe 11 ou mât et le boîtier-palier 71 portant latéralement quatre tubes métalliques 72. Ce boîtier-palier comporte quatre tubes car compte tenu qu’un seul disque-plateau excentrique 40 est commun aux pales P1, P1a, P2, P2a ; il faut nécessairement installer le pivot 41 des leviers 45, sur chacuns des quatre tubes 72. Deux tubes, visibles sur la , diamétralement opposés avec dispositif galet 42 et levier 45, portent les montants supérieurs 21 des pales P2, P2a de l’étage supérieur ; deux tubes diamétralement opposés avec dispositif galet, levier, poulie de renvoi ne portent aucuns montants des pales mais le mouvement de va-et-vient est transmis verticalement par liens souples ou préférentiellement par câble 77 aux volets 30 des pales P1, P1a de l’étage inférieur. Ce troisième ensemble constituant le palier du montant supérieur 21 du châssis 20 des pales P2, P2a du deuxième étage, non positionné sur l’axe fixe, est provisoirement soutenu au moyen d’un dispositif de blocage 78 serré autour de l’axe fixe 11 ou mât. Le montage provisoire de ces trois ensembles peut également se faire au sol à l’horizontale, sur un support à hauteur d’homme ; l’axe ainsi chargé de ces éléments à sa base, est ensuite érigé. Puis, installation de l’ensemble du dispositif girouette 50 monté autour de son axe 51, le dit axe coiffant et pivotant autour de l’axe fixe 11 ou mât.

Le boîtier-palier 71 du troisième ensemble comprenant les quatre tubes 72 avec les quatre leviers 45 sur pivots 41 est placé au-dessous du dispositif girouette 50 à une distance permettant le fonctionnement de l’ensemble des dispositifs disque-plateau 40, galets 42, leviers 45. Avant le positionnement définitif du troisième ensemble sur l’axe fixe 11 ou mât , une rotation de cet ensemble entraîné manuellement est indispensable pour une vérification de la trajectoire des galets à la périphérie du disque-plateau . Après essais satisfaisants, l’ensemble est définitivement soutenu par un dispositif de blocage 78 sur axe placé sous la butée à billes 76 autour de l’axe fixe 11 ou mât, solidement serré autour dudit axe fixe ou mât.

Les montants supérieurs 21 du châssis 20 des pales P2, P2a du deuxième étage sont raccordés aux tubes métalliques 72 du boîtier-palier 71 du troisième ensemble au moyen d’un manchon métallique 25 externe ou interne plein ou creux boulonné aux tubes et aux montants. Les montants inférieurs 22 du châssis 20 des pales P2, P2a du deuxième étage sont également raccordés aux tubes métalliques du boîtier-palier du deuxième ensemble au moyen d’un manchon métallique 25. Avant le positionnement du deuxième ensemble, les entretoises 74 avec renforts 75 sont boulonnées aux plaques 73 des boîtiers-paliers 71 des troisième et deuxième ensemble. L’emplacement du boîtier-palier du deuxième ensemble sur l’axe fixe 11 ou mât est ainsi déterminé. L’ensemble est définitivement soutenu au moyen d’un dispositif de blocage 78 sur axe placé sous la butée à billes 76 autour de l’axe fixe 11 ou mât, solidement serré autour dudit axe fixe ou mât.

Les montants supérieurs 21 du châssis 20 des pales P1, P1a du premier étage sont raccordés aux tubes métalliques 72 du boîtier-palier 71 du deuxième ensemble au moyen d’un manchon métallique 25 ; les montants inférieurs 22 du châssis des pales P1, P1a du premier étage sont également raccordés aux tubes 72 du boîtier-palier 71 du premier ensemble au moyen d’un manchon métallique 25. Avant le positionnement du premier ensemble , les entretoises 74 sont boulonnées aux plaques 73 des boîtiers-paliers 71 des deuxième et premier étage . L’ensemble est définitivement soutenu au moyen d’un dispositif de blocage 78 sur axe placé sous la butée à billes 76 autour de l’axe fixe 11 ou mât, solidement serré autour dudit axe fixe ou mât.

Puis, quatre entretoises métalliques 74a boulonnées à la plaque métallique 73 du boîtier-palier du premier étage, à l’autre extrémité de ces entretoises, la couronne 80 - type plateau denté pour la transmission de la force motrice de l’arbre de transmission 70 par chaîne ou courroie dentée.

Enfin, le support métallique 60 comportant l’empennage 61, les palettes 62 et 65, le cadre métallique 66, est fixé à l’axe 51 de la girouette 50 au moyen d’un dispositif métallique enserrant l’axe.

Ces divers montages se terminent par différents raccordements et réglages : la palette 62 est raccordée par câble 59 au câble 58 ; les leviers 32 des volets 30a des pales P2, P2a sont raccordés par câble 46 passant par les poulies de renvoi 34 aux extrémités des bras de levier 45b ; les leviers des volets 30b étant déjà reliés aux ressorts de traction 36 fixés et montés en tension aux montants inférieurs 22 du châssis 20 des pales P2, P2a, en atelier ; les leviers 32 des volets 30a des pales P1, P1a sont raccordés par câble 77 passant par les poulies de renvoi aux extrémités des bras de leviers 45b ; les leviers des volets 30b étant déjà reliés aux ressorts de traction 36 fixés et montés en tension aux montants inférieurs 22 du châssis 20 des pales P1, P1a, en atelier ; pose de renforts 75 sur les entretoises 74 ; ensuite, procéder à différents réglages notamment celui concernant le positionnement et le blocage du support 60 par le dispositif métallique à l’axe 51 de la girouette 50 afin que le roulement des galets 42 sur les demi-circonférence du disque-plateau excentrique 40 qui crée le mouvement de va-et-vient qui actionne les volets 30 des pales P1, P1a, P2, P2a par câbles, corresponde à une position verticale des volets de la pale face au vent et à une position horizontale des volets face au vent au retour de la pale.

La présente invention est particulièrement destinée au marché du micro et petit éolien qui se positionne comme une production diffuse d’électricité renouvelable.

On pourrait également adapter la présente invention pour la production d’une force motrice extraite de l’énergie cinétique d’une masse d’eau en mouvement communément désignée énergie hydrolienne.

Claims (9)

1. Turbine 1 à axe vertical pour la production d’une force motrice comprenant :

   1. un axe vertical fixe (11) ou mât solidement ancré dans une structure porteuse (12),
   2. un ensemble de boitiers-paliers (71) en rotation autour dudit axe sur lesquels sont fixés les montants supérieurs (21) et inférieurs (22) de châssis (20) de pales,
   3. des moyens de prise au vent constitués d’au moins quatre pales (P1, P1a, P2, P2a) verticales dont les surfaces comportent des volets (30) avec levier (32) pivotant sur leur axe (31) dont chaque extrémité est munie de paliers implantés aux montants (23, 24) du châssis (20) des pales (P1, P1a, P2, P2a), caractérisée en ce qu’elle comprend :
      1. des pales (P1, P1a) diamétralement opposées par rapport à l’axe fixe (11) ou mât, constituant un étage inférieur, des pales (P2, P2a), de conception et d’implantation identiques, constituant un étage supérieur, les étages étant montés perpendiculairement et solidairement l’un par rapport à l’autre,
      2. un disque-plateau excentrique circulaire (40) solidaire d’une girouette (50),
      3. un long support métallique (60) dont une extrémité est fixée perpendiculairement à un axe (51) au moyen d’un dispositif métallique enserrant ledit axe (51) de la girouette (50), l’autre extrémité portant deux palettes (62, 65) perpendiculaires au vent et un empennage (61),
      4. un arbre de transmission (70) des couples moteur supportés par l’ensemble des boitiers-paliers (71) solidarisés entre eux au moyen d’entretoises (74) avec renforts (75) et à la base de l’arbre de transmission, et une couronne (80) de type plateau denté pour la transmission de la force motrice par chaîne ou courroie dentée.
2. Turbine (1) à axe vertical selon la revendication 1, caractérisée en ce que les boitiers-paliers (71) avec roulements (71a) en rotation autour de l’axe fixe (11) ou mât, de forme parallélépipédique rectangulaire droit avec une section carrée, comportent des tubes métalliques (72) soudés sur leurs deux ou quatre faces externes et à l’autre extrémité de ces tubes, les montants supérieurs (21) et inférieurs (22) du châssis (20) des pales (P1, P1a, P2, P2a) ayant de préférence la même forme et même section que les tubes (72) auxquels ces montants sont liés en bout à bout au moyen de manchons métalliques (25) externes ou internes , formant ainsi lesdites pales.
3. Turbine (1) à axe vertical selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que les surfaces des pales (P1, P1a, P2, P2a) sont constituées de volets (30) mobiles autour de leur axe (31) avec paliers dont les extrémités sont implantées aux montants (23, 24) du châssis (20) des pales et sont reliés entre eux au moyen de biellettes (33), et en ce que :

   1. sur le montant inférieur (22) due châssis (20), une poulie folle (34) de renvoi sur laquelle passe un lien souple (46) relie le levier (32) du volet inférieur (30 b) à un ressort de traction (36) monté en tension fixé au montant inférieur (22) du châssis des pales (P1, P1a, P2, P2a),
   2. sur le montant supérieur (21) du châssis (20) des pales (P2, P2a) de l’étage supérieur, un levier (45) est monté sur un pivot (41) dont l’axe est fixé au montant supérieur (21) du châssis (20), une extrémité du bras de levier (45 b) est reliée par le lien souple (46) au levier (32) du volet supérieur (30a) des pales (P2, P2a), l’autre extrémité du bras de levier (45a) portant le galet (42) monté sur l’axe (43) coulissant dans son palier muni d’un ressort (44) autour dudit axe monté entre le galet et le palier, en appui sur la circonférence du disque-plateau excentrique circulaire (40), et
   3. sur les deux tubes métalliques (72) soudés au boitier-palier (71) de l’étage supérieur, le levier (45) est monté sur pivot (41), dont l’axe fixé à ces tubes, une extrémité du bras de levier (45b) est relié par un lien souple (77) passant par la poulie (34) de renvoi au levier (32) du volet supérieur (30a) des pales (P1), (P1a) de l’étage inférieur , l’autre extrémité du bras de levier (45a) portant le galet (42) en appui sur la circonférence du disque-plateau excentrique circulaire (40).
4. Turbine (1) à axe vertical selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le disque-plateau excentrique circulaire (40) , constitué d’un ou plusieurs disques-plateaux superposés et solidarisés, comporte une circonférence circulaire entière sur une demi-épaisseur située côté pales et, sur l’autre demi-épaisseur, un demi-périmètre environ d’une circonférence d’un cercle ayant un rayon inférieur à celui de l’autre demi-périmètre de la circonférence circulaire entière.
5. Turbine (1) à axe vertical selon la revendication 4, caractérisée en ce que le disque-plateau excentrique circulaire (40) coulissant dans l’axe (51) verticalement guidé par une clavette (54) fixée verticalement audit axe de la girouette (50) comporte une butée (55) de fin de course verticale du disque-plateau excentrique circulaire (40).
6. Turbine (1) à axe vertical selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’axe (51) creux de la girouette coiffant le sommet de l’axe fixe (11) ou mât comporte un câble (58) formant une boucle passant par deux poulies (57) folles de renvoi montées sur l’axe (51) reliant par câble (59) le disque-plateau excentrique circulaire (40) à la palette (62) montée perpendiculairement à la direction du vent au support (60) portant l’empennage (61) de la girouette (50).
7. Turbine (1) à axe vertical selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le long support (60) est coudé vers le haut et constitue le bras de la girouette (50) dont une extrémité est fixée à l’axe (51) de ladite girouette au moyen d’un dispositif métallique enserrant ledit axe, l’autre extrémité portant l’empennage (61), et en ce que en avant de l’empennage sont prévues deux palettes (62, 65) orientées perpendiculairement à la direction du vent, la palette (62) articulée au support (60) étant munie d’une tige crantée (64) avec charnière (63a) articulée perpendiculairement à ladite palette et reliée par le lien souple (59) à la boucle du câble (58) du disque-plateau excentrique circulaire (40), et la palette (65) articulée au cadre métallique (66) comportant un dispositif (67) métallique à boucle.
8. Turbine (1) à axe vertical selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que tous les boitiers-paliers (71) en rotation autour de l’axe fixe (11) ou mât en appui sur les butées à billes (76) autour de l’axe fixe sont soutenus par un dispositif de blocage (78) solidement serré à l’axe fixe (11) ou mât et supportent le couple moteur engendré par les pales (P2, P2a, P1, P1a) en rotation, lequel couple étant transmis au moyen des entretoises (74) munies de renforts (75) au bas de l’ensemble constituant ainsi l’arbre de transmission (70) de la force motrice.
9. Turbine (1) à axe vertical selon la revendication 8, caractérisée en ce que le boitier-palier (71) inférieur du premier étage comporte au moins quatre entretoises (74a) reliant le palier inférieur à la couronne dentée (80) pour la transmission de la force motrice par chaîne ou courroie dentée.