FR3113098A1 - VERTICAL AXIS WIND TURBINE WITH REINFORCING FRAMEWORK - Google Patents
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Abstract
EOLIENNE A AXE VERTICAL AVEC OSSATURE DE RENFORT Cette éolienne dont le rotor est d’axe vertical est montée sur une embase et équipée d’une ossature fixe par rapport à l’embase. La hauteur de l’ossature est sensiblement égale à celle de la partie aérienne de l’axe du rotor. Les montants de l’ossature forment des polygones contenus dans au moins deux plans verticaux et au moins un plan horizontal différent du plan de l'embase. Au moins une traverse de renfort, de direction contenue dans un plan horizontal et sécante avec l’axe du rotor à proximité de l’extrémité supérieure de l’axe, est fixée sur l’ossature. Elle est de plus munie d’un palier pour guider le rotor en rotation. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 VERTICAL AXIS WIND TURBINE WITH REINFORCING FRAMEWORK This wind turbine, whose rotor has a vertical axis, is mounted on a base and equipped with a fixed frame relative to the base. The height of the frame is substantially equal to that of the aerial part of the rotor axis. The uprights of the framework form polygons contained in at least two vertical planes and at least one horizontal plane different from the plane of the base. At least one reinforcing crosspiece, with a direction contained in a horizontal plane and secant with the axis of the rotor near the upper end of the axis, is fixed to the frame. It is also equipped with a bearing to guide the rotating rotor. Figure for abstract: Fig. 1
Description
DOMAINE DE L’INVENTIONFIELD OF THE INVENTION
La présente invention se rapporte à une éolienne à axe vertical.The present invention relates to a vertical axis wind turbine.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUETECHNOLOGICAL BACKGROUND
Dans le domaine de la production d’énergie électrique par les éoliennes, il est connu d’utiliser des éoliennes verticales. De telles éoliennes comportent un rotor, comprenant notamment des pâles, dont le mouvement de rotation se fait autour d’un axe vertical, ainsi qu’une génératrice, en général placée dans l’embase de l’éolienne.In the field of the production of electrical energy by wind turbines, it is known to use vertical wind turbines. Such wind turbines comprise a rotor, comprising in particular blades, the rotational movement of which takes place around a vertical axis, as well as a generator, generally placed in the base of the wind turbine.
Les éoliennes à axe vertical sont souvent bien adaptées pour alimenter directement des dispositifs demandant une puissance modérée, par exemple pour des usages domestiques, dans le domaine de l’éclairage public ou encore le domaine agricole.Vertical axis wind turbines are often well suited to directly supply devices requiring moderate power, for example for domestic use, in the field of public lighting or even agriculture.
La puissance générée dépend de la forme globale des pâles mais aussi de leur hauteur, donc de la hauteur de l’axe du rotor. Si cette dernière hauteur est trop importante, il peut être nécessaire de maintenir l’axe dans sa position verticale par l’intermédiaire de dispositifs appropriés, tels que des haubans, qui reprennent les efforts exercés sur la partie supérieure de l’axe. L’inconvénient de ces dispositifs de stabilisation est qu’ils augmentent l’emprise au sol de l’éolienne.The power generated depends on the overall shape of the blades but also on their height, and therefore on the height of the rotor axis. If this last height is too great, it may be necessary to maintain the axis in its vertical position by means of appropriate devices, such as guy wires, which take up the forces exerted on the upper part of the axis. The disadvantage of these stabilization devices is that they increase the footprint of the wind turbine.
On constate par ailleurs sur les éoliennes verticales, notamment les éoliennes de type Darrieus, des efforts d’origine aérodynamique dont les fluctuations sont rapides du fait de leur positionnement dans des zones de vent très variable. Cela entraîne des vibrations qui fatiguent le palier à la base de l’axe.On vertical wind turbines, in particular Darrieus-type wind turbines, we also observe aerodynamic forces whose fluctuations are rapid due to their positioning in highly variable wind zones. This causes vibrations that fatigue the bearing at the base of the axle.
En outre, ces éoliennes peuvent être exposées à des rafales ou des bourrasques, qui peuvent solliciter l’axe du rotor en flexion et/ou en torsion.In addition, these wind turbines can be exposed to gusts or gusts, which can stress the axis of the rotor in bending and/or in torsion.
Il est d’usage de limiter le moins possible l’accès de l’air aux pâles, pour ne pas diminuer la puissance des éoliennes à axe vertical. Des dispositifs limitant la circulation de l’air autour des éoliennes à axe vertical visent en général à pallier un autre inconvénient de ces éoliennes, à savoir qu’elles sont souvent placées dans des endroits accessibles aux êtres humains. La rotation des pâles peut de ce fait entraîner des risques de blessures. Il est donc courant de recouvrir l’éolienne d’une grille de protection, la rendant ainsi inaccessible aussi bien aux êtres humains qu’aux volatiles ou autres animaux d’une taille supérieure aux dimensions caractéristiques de la maille de la grille.It is customary to limit air access to the blades as little as possible, so as not to reduce the power of vertical axis wind turbines. Devices limiting the circulation of air around vertical axis wind turbines generally aim to overcome another disadvantage of these wind turbines, namely that they are often placed in places accessible to human beings. The rotation of the blades can therefore lead to the risk of injury. It is therefore common to cover the wind turbine with a protective grid, thus making it inaccessible to human beings as well as to birds or other animals larger than the characteristic dimensions of the mesh of the grid.
La demande de brevet US2012/0292912A1 décrit par exemple une éolienne à axe vertical, éventuellement équipée d’une grille de protection du rotor. Cette grille est fixe par rapport à l’embase de l’éolienne.Patent application US2012/0292912A1 describes, for example, a vertical axis wind turbine, optionally equipped with a rotor protection grid. This grid is fixed relative to the base of the wind turbine.
Le document SI25160A décrit lui aussi une éolienne à axe verticale, pourvue d’une grille de protection liée à la partie supérieure de l’axe du rotor, mais sans dispositif de liaison avec la partie inférieure de l’axe du rotor.The document SI25160A also describes a vertical axis wind turbine, provided with a protective grid linked to the upper part of the rotor axis, but without a device for linking with the lower part of the rotor axis.
Toutefois, dans aucun de ces documents l’adjonction de la grille de protection ne permet de renforcer le rotor contre des sollicitations en flexion et/ou en torsion par rapport à son axe de rotation. L’invention vise ainsi à augmenter la résistance de l’éolienne à axe vertical à des efforts en flexion et/ou torsion par rapport à son axe de rotation.However, in none of these documents does the addition of the protective grid make it possible to reinforce the rotor against bending and/or torsion stresses with respect to its axis of rotation. The invention thus aims to increase the resistance of the vertical axis wind turbine to bending and/or torsion forces with respect to its axis of rotation.
Ainsi, l’invention se rapporte à une éolienne à axe vertical. Le rotor de l’éolienne présente un axe vertical qui s’étend entre une extrémité inférieure et une extrémité supérieure. Le rotor est monté sur une embase. L’éolienne est de plus équipée d’une ossature rigide par rapport à l’embase et de hauteur sensiblement égale à celle de l’axe du rotor. Les montants de l’ossature sont agencés pour former des polygones contenu dans au moins deux plans verticaux et au moins un plan horizontal différent du plan de l’embase, de manière à ce que l’ossature soit à forte rigidité, peu déformable du fait d’une contrainte en flexion ou en torsion par rapport à l’axe du rotor. Au moins une traverse est fixée sur l’ossature, de sorte que sa direction soit contenue dans un plan horizontal et sécante avec l’axe du rotor. Cette traverse se trouve dans un plan horizontal à proximité de l’extrémité supérieure de l’axe du rotor, et est munie d’un palier guidant en rotation le rotor.Thus, the invention relates to a vertical axis wind turbine. The wind turbine rotor has a vertical axis that extends between a lower end and an upper end. The rotor is mounted on a base. The wind turbine is also equipped with a rigid frame compared to the base and of height substantially equal to that of the axis of the rotor. The uprights of the frame are arranged to form polygons contained in at least two vertical planes and at least one horizontal plane different from the plane of the base, so that the frame is of high rigidity, little deformable because bending or torsion stress relative to the axis of the rotor. At least one crosspiece is fixed to the frame, so that its direction is contained in a horizontal plane and secant with the axis of the rotor. This crosspiece is located in a horizontal plane near the upper end of the rotor shaft, and is fitted with a bearing guiding the rotor in rotation.
Grâce à ces dispositions, l’éolienne est renforcée en torsion et/ou en flexion par rapport à l’axe du rotor et par rapport à l’usure du palier ou du dispositif équivalent assurant la liaison pivot du rotor par rapport à l’embase au niveau de la partie inférieure de l’axe du rotor.Thanks to these provisions, the wind turbine is reinforced in torsion and/or in bending with respect to the axis of the rotor and with respect to the wear of the bearing or of the equivalent device providing the pivot connection of the rotor with respect to the base. at the lower part of the rotor axis.
Selon différents aspects, il est possible de prévoir l’une et/ou l’autre des dispositions ci-dessous.Depending on various aspects, it is possible to provide one and/or the other of the provisions below.
Selon une réalisation, une traverse complémentaire contenue dans un plan horizontal et sécante avec l’axe du rotor à proximité de l’extrémité inférieure de la partie aérienne de l’axe du rotor est fixée sur l’ossature. La traverse complémentaire est de plus munie d’un palier guidant en rotation le rotor. Cette disposition permet un meilleur renforcement de l’éolienne en torsion et/ou en flexion par rapport à l’axe du rotor et par rapport à l’usure du palier ou du dispositif équivalent assurant la liaison pivot du rotor par rapport à l’embase au niveau de la partie inférieure de l’axe du rotor.According to one embodiment, an additional crosspiece contained in a horizontal plane and secant with the axis of the rotor near the lower end of the aerial part of the axis of the rotor is fixed to the frame. The complementary crosspiece is also equipped with a bearing guiding the rotor in rotation. This arrangement allows a better reinforcement of the wind turbine in torsion and/or in bending with respect to the axis of the rotor and with respect to the wear of the bearing or of the equivalent device providing the pivot connection of the rotor with respect to the base. at the lower part of the rotor axis.
Selon une réalisation, l’ossature est formée d’au moins deux cadres rectangulaires contenus dans des plans dont l’intersection est verticale et formant entre eux un angle dièdre fixé au moyen d’au moins deux traverses reliant ces cadres et contenues dans des plans horizontaux différents.According to one embodiment, the framework is formed of at least two rectangular frames contained in planes whose intersection is vertical and forming between them a dihedral angle fixed by means of at least two crosspieces connecting these frames and contained in planes different horizontals.
Selon une réalisation, deux des traverses horizontales reliant ces cadres rectangulaires sont sensiblement orthogonales entre elles.According to one embodiment, two of the horizontal crosspieces connecting these rectangular frames are substantially orthogonal to each other.
Selon une réalisation, l’éolienne est de plus équipée d’une pluralité de portions de cylindres formant un cylindre dont les bases sont évidées. Ces portions de cylindre sont fixées sur l’ossature. La surface latérale de ces portions de cylindre constitue une structure alvéolaire, qui est substantiellement perméable à l’air.
Selon une réalisation, l’éolienne est équipée d’une ou plusieurs portions de cylindre d’axe vertical, liées à ladite ossature de sorte que ces portions forment globalement un cylindre dont les bases sont évidées et dont la surface latérale a une structure alvéolaire, formant une grille substantiellement perméable à l’air.According to one embodiment, the wind turbine is also equipped with a plurality of cylinder portions forming a cylinder whose bases are hollowed out. These cylinder portions are fixed to the framework. The side surface of these cylinder portions constitutes a honeycomb structure, which is substantially permeable to air.
According to one embodiment, the wind turbine is equipped with one or more cylinder portions with a vertical axis, linked to said framework so that these portions generally form a cylinder whose bases are hollowed out and whose lateral surface has a honeycomb structure, forming a substantially breathable grid.
Selon une réalisation, la liaison entre les portions de cylindre et l’ossature est de type encastrement.According to one embodiment, the connection between the cylinder portions and the framework is of the recessed type.
Selon une réalisation, les matériaux constituant l’ossature et les portions de cylindre ainsi que leurs géométries sont choisies de sorte que le moment quadratique du cylindre constitué par l’ensemble des portions de cylindre en flexion par rapport à l’axe de rotation du rotor et celui de l’ossature sont du même ordre de grandeur.According to one embodiment, the materials constituting the framework and the cylinder portions as well as their geometries are chosen so that the quadratic moment of the cylinder formed by all the cylinder portions in bending with respect to the axis of rotation of the rotor and that of the frame are of the same order of magnitude.
Selon une réalisation, ces moments quadratiques en flexion sont choisis dans une gamme de valeurs permettant à l’ossature de renforcer le rotor et aux portions de cylindre de renforcer l’ensemble formé par le rotor et l’ossature par rapport aux sollicitations en flexion par rapport à son axe de rotation auxquelles ils peuvent être exposés.According to one embodiment, these quadratic bending moments are chosen from a range of values allowing the framework to reinforce the rotor and the cylinder portions to reinforce the assembly formed by the rotor and the framework with respect to the bending stresses by relative to its axis of rotation to which they may be exposed.
Selon une réalisation, les matériaux constituant l’ossature et les portions de cylindre ainsi que leurs géométries sont choisies de sorte que le moment quadratique en torsion du cylindre constitué par l’ensemble des portions de cylindre par rapport à l’axe de rotation du rotor et celui de l’ossature sont du même ordre de grandeur.According to one embodiment, the materials constituting the framework and the cylinder portions as well as their geometries are chosen so that the quadratic torsional moment of the cylinder formed by all the cylinder portions with respect to the axis of rotation of the rotor and that of the frame are of the same order of magnitude.
Selon une réalisation, ces moments quadratiques en flexion sont choisies dans une gamme de valeurs permettant à l’ossature de renforcer le rotor et aux portions de cylindre de renforcer l’ensemble formé par le rotor et l’ossature par rapport aux sollicitations en torsion par rapport à son axe de rotation auxquelles ils peuvent être exposés.According to one embodiment, these quadratic bending moments are chosen from a range of values allowing the framework to reinforce the rotor and the cylinder portions to reinforce the assembly formed by the rotor and the framework with respect to the torsional stresses by relative to its axis of rotation to which they may be exposed.
Selon une réalisation, la géométrie de la maille de la structure alvéolaire est choisie de manière à renforcer l’ossature du rotor en compression dans la direction de son axe de rotation.According to one embodiment, the geometry of the mesh of the honeycomb structure is chosen so as to reinforce the framework of the rotor in compression in the direction of its axis of rotation.
Selon une réalisation, la géométrie de la maille de la structure alvéolaire est choisie de manière à ce qu’au moins 20% de la surface latérale du cylindre dans lequel elle s’inscrit soit vide.According to one embodiment, the geometry of the mesh of the honeycomb structure is chosen so that at least 20% of the lateral surface of the cylinder in which it fits is empty.
Selon une réalisation, la géométrie de la maille de la structure alvéolaire est choisie de manière à ce qu’au moins 20% de la surface latérale du cylindre dans lequel elle s’inscrit soit pleine.According to one embodiment, the geometry of the mesh of the honeycomb structure is chosen so that at least 20% of the lateral surface of the cylinder in which it fits is solid.
Selon une réalisation, les dimensions caractéristiques de la maille de la structure alvéolaire sont choisies de sorte qu’un animal d’une taille supérieure à une taille limite fixée ou un être humain ne peut pas entrer en contact avec les pâles du rotor.According to one embodiment, the characteristic dimensions of the mesh of the alveolar structure are chosen so that an animal larger than a fixed size limit or a human being cannot come into contact with the blades of the rotor.
L’invention concerne aussi un procédé d’assemblage d’une éolienne à axe vertical comprenant :
on fournit au moins un rotor d’axe vertical s’étendant entre une extrémité inférieure et une extrémité supérieure, et monté sur une embase,
on équipe l’éolienne d’une ossature
- fixe par rapport à l’embase ;
- de hauteur sensiblement égale à celle de la partie aérienne de l’axe du rotor ;
- dont les montants forment des polygones contenus dans au moins deux plans verticaux et au moins un plan horizontal différent du plan de l'embase ;
au moins une traverse dite « principale » étant fixée sur ladite ossature, la direction de ladite traverse étant contenue dans un plan horizontal et sécante avec l’axe du rotor à proximité de l’extrémité supérieure de l’axe du rotor, ladite traverse étant munie d’un palier guidant en rotation le rotor.
Selon un mode de réalisation, dans le procédé d’assemblage, on équipe l’éolienne d’une ou plusieurs portions de cylindre d’axe vertical, liées à ladite ossature de sorte que ces portions forment globalement un cylindre dont les bases sont évidées et dont la surface latérale a une structure alvéolaire, formant une grille substantiellement perméable à l’air.The invention also relates to a method for assembling a vertical axis wind turbine comprising:
at least one rotor with a vertical axis extending between a lower end and an upper end, and mounted on a base, is provided,
we equip the wind turbine with a framework
- fixed relative to the base;
- Of height substantially equal to that of the aerial part of the axis of the rotor;
- whose uprights form polygons contained in at least two vertical planes and at least one horizontal plane different from the plane of the base;
at least one so-called "main" crosspiece being fixed to said frame, the direction of said crosspiece being contained in a horizontal plane secant with the axis of the rotor close to the upper end of the axis of the rotor, said crosspiece being fitted with a bearing guiding the rotor in rotation.
According to one embodiment, in the assembly method, the wind turbine is equipped with one or more vertical axis cylinder portions, linked to said frame so that these portions globally form a cylinder whose bases are hollowed out and whose lateral surface has a honeycomb structure, forming a grid substantially permeable to air.
Des modes de réalisation de l’invention seront décrits ci-dessous par référence aux dessins, décrits brièvement ci-dessous :Embodiments of the invention will be described below with reference to the drawings, briefly described below:
Sur les dessins, des références identiques désignent des objets identiques ou similaires.In the drawings, identical references designate identical or similar objects.
DESCRIPTION DETAILLEEDETAILED DESCRIPTION
L’éolienne 100 pour laquelle l’ossature est prévue est une éolienne à axe vertical. Une telle éolienne présente une embase 101, par exemple cylindrique ou parallélépipédique, dans laquelle il est possible de placer une génératrice 102.The 100 wind turbine for which the framework is provided is a vertical axis wind turbine. Such a wind turbine has a base 101, for example cylindrical or parallelepipedal, in which it is possible to place a generator 102.
Sur cette embase, un rotor est monté en liaison pivot d’axe vertical, comprenant au moins un axe 103 duquel des pâles 104 sont solidaires.On this base, a rotor is mounted in pivot connection with a vertical axis, comprising at least one axis 103 to which blades 104 are integral.
La géométrie des pâles peut être librement choisie. A titre d’exemples non limitatifs, il peut s’agir d’une éolienne de type Darrieus, ou Savonius.The geometry of the blades can be freely chosen. By way of non-limiting examples, it may be a wind turbine of the Darrieus or Savonius type.
Une ossature 105 est fixée sur l’embase, au moyen de vis ou de tout autre dispositif permettant de réaliser une liaison encastrement.A framework 105 is fixed to the base, by means of screws or any other device making it possible to create a recessed connection.
L’ossature 105 entoure le rotor sur une fraction significative de sa hauteur. Le volume intérieur de l’ossature est suffisant pour que la rotation des pâles ne soit pas entravée lorsque l’ossature est fixée sur l’embase.The frame 105 surrounds the rotor over a significant fraction of its height. The internal volume of the framework is sufficient so that the rotation of the blades is not hindered when the framework is fixed on the base.
Selon un mode de réalisation, l’ossature 105 est constituée de deux cadres rectangulaires 106 de même hauteur, verticaux et parallèles liés entre eux au niveau de leurs montants supérieurs par deux traverses 107 de manière à ce que l’ossature forme un parallélépipède rectangle évidé et aussi peu déformable que possible après liaison à l’embase.According to one embodiment, the frame 105 consists of two rectangular frames 106 of the same height, vertical and parallel linked together at their upper uprights by two crosspieces 107 so that the frame forms a hollow rectangular parallelepiped and as little deformable as possible after connection to the base.
Ce mode de réalisation n’est pas limitatif. A titre d’exemple, l’ossature peut être constituée de montants verticaux de même hauteur liés par des traverses horizontales de manière à former après fixation sur l’embase un prisme droit évidé, de base polygonale, par exemple triangulaire. L’ossature ainsi constituée est indéformable.This embodiment is not limiting. By way of example, the frame can be made up of vertical uprights of the same height linked by horizontal crosspieces so as to form, after fixing on the base, a right hollow prism, with a polygonal base, for example triangular. The frame thus formed is non-deformable.
Par « ossature indéformable », on entend une ossature dont les angles entres les différents montants et/ou traverses sont constants ou quasiment constants pour une utilisation normale de l’éolienne. Dans ce sens, une poutre triangulée ou un treillis carré muni d’un montant suivant sa diagonale sont indéformables en traction et en compression.By "non-deformable frame", we mean a frame whose angles between the various uprights and/or crosspieces are constant or almost constant for normal use of the wind turbine. In this sense, a triangulated beam or a square truss with an upright along its diagonal are non-deformable in tension and compression.
L’ossature décrite ici n’est pas articulée ce qui contribue à son caractère indéformable.The framework described here is not articulated which contributes to its non-deformable character.
Dans un mode de réalisation, les montants verticaux sont reliés à des traverses horizontales uniquement au niveau de leurs extrémités supérieures, l’embase remplaçant alors les traverses horizontales nécessaires pour rigidifier l’ossature.In one embodiment, the vertical uprights are connected to horizontal crosspieces only at their upper ends, the base then replacing the horizontal crosspieces necessary to stiffen the frame.
Il est aussi possible d’envisager une ossature en treillis.It is also possible to consider a lattice frame.
Selon un mode de réalisation, l’ossature peut être assemblée a posteriori sur une éolienne verticale, les cadres ou montants et les traverses étant assemblés les uns après les autres.According to one embodiment, the framework can be assembled a posteriori on a vertical wind turbine, the frames or uprights and the crosspieces being assembled one after the other.
L’ossature est par exemple formée d’un matériau métallique ou non métallique, comme de la fibre de verre.The framework is for example formed of a metallic or non-metallic material, such as fiberglass.
Sur la partie supérieure de cette ossature est fixée au moins une traverse 108 dont la direction coupe celle de l’axe de rotation et comprenant au milieu de sa longueur un dispositif de guidage 110 permettant de guider le rotor en rotation au niveau de la partie supérieure de l’axe du rotor. A titre d’exemple non limitatif, ce dispositif de guidage est un palier.On the upper part of this framework is fixed at least one crosspiece 108 whose direction intersects that of the axis of rotation and comprising in the middle of its length a guide device 110 making it possible to guide the rotor in rotation at the level of the upper part. of the rotor axis. By way of non-limiting example, this guide device is a bearing.
Le positionnement de la traverse 108 suffisamment loin de l’embase dans la direction de l’axe du rotor assure un guidage en rotation du rotor. L’usure du palier assurant la liaison pivot entre le rotor et l’embase est ainsi ralentie.The positioning of the crosspiece 108 sufficiently far from the base in the direction of the axis of the rotor ensures rotational guidance of the rotor. The wear of the bearing providing the pivot connection between the rotor and the base is thus slowed down.
La traverse 108 permet aussi de reprendre une partie des efforts en flexion et/ou en torsion qui s’exercent sur l’axe du rotor et de les répartir sur l’ossature. Cette disposition permet donc de renforcer l’éolienne par rapport à une sollicitation en flexion et/ou en torsion par rapport à l’axe de rotation du rotor.The crosspiece 108 also makes it possible to take up part of the bending and/or torsion forces which are exerted on the axis of the rotor and to distribute them over the frame. This arrangement therefore makes it possible to reinforce the wind turbine with respect to a bending and/or torsion stress with respect to the axis of rotation of the rotor.
Selon un mode de réalisation particulier, chaque traverse 108 est constituée de deux parties symétriques 108a et 108 b qui viennent s’assembler de part et d’autre de l’axe de rotation 103. Cette disposition permet notamment d’assembler l’ossature et les traverses a posteriori sur une éolienne à axe vertical.According to a particular embodiment, each crosspiece 108 consists of two symmetrical parts 108a and 108b which are assembled on either side of the axis of rotation 103. This arrangement makes it possible in particular to assemble the framework and the crossbeams a posteriori on a vertical axis wind turbine.
Selon un mode de réalisation, plusieurs traverses 108 peuvent être prévues. Par exemple deux traverses 108 peuvent être disposées de manière à ce qu’elles soient orthogonales entre elles. Cette disposition permet d’obtenir une reprise des efforts et un renforcement plus isotrope.According to one embodiment, several crosspieces 108 may be provided. For example, two crosspieces 108 can be arranged so that they are orthogonal to each other. This arrangement makes it possible to obtain a recovery of forces and a more isotropic reinforcement.
Selon un mode de réalisation, une traverse 109, dite « complémentaire », identique à la traverse 108 mais disposée dans un plan horizontal proche l’extrémité inférieure de la partie aérienne - c’est-à-dire se trouvant au-dessus de l’embase - de l’axe du rotor, peut être prévue.According to one embodiment, a so-called "complementary" crosspiece 109, identical to the crosspiece 108 but arranged in a horizontal plane close to the lower end of the aerial part - that is to say lying above the base - from the axis of the rotor, can be provided.
La traverse 109 guide l’axe du rotor en rotation et reprend une partie des efforts qui s’exercent sur l’axe du rotor en flexion et/ou rotation pour les renvoyer sur l’ossature. Cette traverse contribue donc au renforcement de l’éolienne en flexion et/ou torsion par rapport à son axe de rotation et à limiter l’usure des paliers de l’axe du rotor.The crosspiece 109 guides the axis of the rotor in rotation and takes up part of the forces exerted on the axis of the rotor in bending and/or rotation to return them to the frame. This crosspiece therefore contributes to the reinforcement of the wind turbine in bending and/or torsion with respect to its axis of rotation and to limiting the wear of the bearings of the axis of the rotor.
Selon un mode de réalisation, plusieurs traverses 109 peuvent être prévues. Par exemple deux traverses 109 peuvent être disposées de manière à ce qu’elles soient orthogonales entre elles. Cette disposition permet d’obtenir une reprise des efforts et un renforcement plus isotrope.According to one embodiment, several crosspieces 109 may be provided. For example, two crosspieces 109 can be arranged so that they are orthogonal to each other. This arrangement makes it possible to obtain a recovery of forces and a more isotropic reinforcement.
Il est aussi possible de répartir plusieurs traverses analogues à la traverse 109 le long de l’axe du rotor si la forme des pâles le permet.It is also possible to distribute several crosspieces similar to crosspiece 109 along the axis of the rotor if the shape of the blades allows it.
Les directions des traverses 108 à 109 peuvent être réparties autour de l’axe du rotor de manière à obtenir une reprise d’efforts la plus isotrope possible pour le nombre de traverses principales et complémentaires choisies.The directions of the crosspieces 108 to 109 can be distributed around the axis of the rotor so as to obtain the most isotropic possible recovery of forces for the number of main and complementary crosspieces chosen.
Selon un mode de réalisation particulier, chaque traverse 109 est constituée suivant le même principe que la traverse 108 de deux parties symétriques 109a et 109b qui viennent s’assembler de part et d’autre de l’axe de rotation 103. Cette disposition permet notamment d’assembler l’ossature et les traverses a posteriori sur une éolienne à axe vertical.According to a particular embodiment, each crosspiece 109 is made according to the same principle as the crosspiece 108 of two symmetrical parts 109a and 109b which are assembled on either side of the axis of rotation 103. This arrangement allows in particular to assemble the frame and the crosspieces a posteriori on a vertical axis wind turbine.
Selon un mode de réalisation particulier, la nature des matériaux constituant l’ossature 105 et les traverses 108 et le cas échéant 109, ainsi que les sections des montants de l’ossature et des traverses sont choisies de manière à ce que les moments quadratiques en flexion et/ou en torsion par rapport à l’axe du rotor de l’ensemble ossature + traverses 108 et le cas échéant 109 soient suffisamment élevés pour renforcer le rotor en torsion et/ou en flexion dans la gamme de contraintes à laquelle il est soumis lorsque l’éolienne fonctionne du fait de la position de l’éolienne et des vents auxquels elle est exposée.According to a particular embodiment, the nature of the materials constituting the framework 105 and the crosspieces 108 and, where appropriate, 109, as well as the sections of the uprights of the framework and of the crosspieces are chosen so that the quadratic moments in bending and/or in torsion with respect to the axis of the rotor of the framework + crosspieces assembly 108 and, where applicable, 109 are high enough to reinforce the rotor in torsion and/or in bending in the range of stresses to which it is subject when the wind turbine is operating due to the position of the wind turbine and the winds to which it is exposed.
Les éléments constituant l’ossature se trouvent naturellement loin de l’axe de rotation. Il est donc possible d’obtenir des moments quadratiques satisfaisants avec une ossature de masse raisonnable. Par ailleurs, comme l’ossature n’est pas entraînée en rotation avec le rotor, et qu’elle est évidée, l’impact de l’ossature sur le rendement de l’éolienne est limité.The elements constituting the framework are naturally far from the axis of rotation. It is therefore possible to obtain satisfactory quadratic moments with a frame of reasonable mass. Moreover, as the frame is not rotated with the rotor, and it is hollow, the impact of the frame on the performance of the wind turbine is limited.
Selon un mode de réalisation particulier, l’éolienne est de plus équipée de portions de cylindre d’axe vertical, par exemple de deux demi-cylindres 301. Ces portions de cylindres sont fixées sur l’ossature, par exemple au moyen de vis réparties sur les montants de l’ossature.According to a particular embodiment, the wind turbine is also equipped with vertical axis cylinder portions, for example two half-cylinders 301. These cylinder portions are fixed to the frame, for example by means of screws distributed on the uprights of the frame.
Les portions de cylindre constituent un cylindre droit d’axe l’axe du rotor et dont les bases sont évidées et dont la surface latérale présente une structure alvéolaire 601.The cylinder portions constitute a straight cylinder with the axis of the rotor axis and whose bases are hollowed out and whose lateral surface has a 601 honeycomb structure.
Dans le cas où la base du cylindre est circulaire, la symétrie de révolution du cylindre par rapport à l’axe du rotor est particulièrement adaptée pour obtenir un renforcement aussi isotrope que possible.In the case where the base of the cylinder is circular, the rotational symmetry of the cylinder with respect to the axis of the rotor is particularly suitable to obtain reinforcement that is as isotropic as possible.
Toutefois d’autres géométries pourraient éventuellement être envisagées, en fonction de l’environnement dans lequel l’éolienne est utilisée. Ainsi, dans le cas où une direction de vent dominant est connue, une base de cylindre elliptique de grand axe perpendiculaire à cette direction peut être avantageuse.However, other geometries could possibly be considered, depending on the environment in which the wind turbine is used. Thus, in the case where a prevailing wind direction is known, an elliptical cylinder base with a major axis perpendicular to this direction can be advantageous.
Les alvéoles permettent le passage de l’air afin qu’il puisse effectivement mettre en rotation les pâles de l’éolienne.The cells allow the passage of air so that it can effectively rotate the blades of the wind turbine.
La géométrie des alvéoles, le matériau et son épaisseur notamment peuvent être choisis selon des critères de renforcement mécanique et/ou de perméabilité à l’air et/ou esthétiques.The geometry of the cells, the material and its thickness in particular can be chosen according to criteria of mechanical reinforcement and/or air permeability and/or aesthetics.
La surface des alvéoles est ainsi choisie de façon à ce que le rendement de l’éolienne reste satisfaisant. Pour cela, on pourra par exemple limiter supérieurement la fraction pleine de la surface latérale du cylindre constitué par les portions de cylindre à 40 %.The surface of the cells is thus chosen so that the performance of the wind turbine remains satisfactory. To do this, it is possible, for example, to limit the full fraction of the side surface of the cylinder formed by the cylinder portions to 40% at the top.
A titre d’exemples non limitatifs, les alvéoles peuvent prendre la forme de cercles, d’hexagones ou de parallélogrammes.By way of non-limiting examples, the cells can take the form of circles, hexagons or parallelograms.
Le matériau, la géométrie et/ou les dimensions des alvéoles peuvent être choisis de manière à ce que les moments quadratiques en flexion et/ou en torsion par rapport à l’axe du rotor de l’ensemble des portions de cylindre soient suffisamment élevés pour renforcer le rotor en torsion et/ou en flexion dans la gamme de contraintes à laquelle il est soumis lorsque l’éolienne fonctionne du fait de la position de l’éolienne et des vents auxquels elle est exposée.The material, the geometry and/or the dimensions of the cells can be chosen so that the quadratic moments in bending and/or in torsion with respect to the axis of the rotor of all the cylinder portions are sufficiently high to reinforcing the rotor in torsion and/or in bending in the range of stresses to which it is subjected when the wind turbine is operating due to the position of the wind turbine and the winds to which it is exposed.
Selon un mode de réalisation, les moments quadratiques en flexion par rapport à l’axe du rotor de l’ensemble des portions de cylindre et de l’ensemble ossature + traverses 108 et le cas échéant 109 sont du même ordre de grandeur, de sorte que chacun de ces deux ensembles contribue substantiellement au renforcement de l’éolienne en flexion par rapport à cet axe.According to one embodiment, the quadratic moments in bending with respect to the axis of the rotor of all the cylinder portions and of the framework + crosspieces assembly 108 and, where applicable, 109 are of the same order of magnitude, so that each of these two sets contributes substantially to the reinforcement of the wind turbine in bending with respect to this axis.
Selon un mode de réalisation, les moments quadratiques en torsion par rapport à l’axe du rotor de l’ensemble des portions de cylindre et de l’ensemble ossature + traverses 108 et le cas échéant 109 sont du même ordre de grandeur, de sorte que chacun de ces deux ensembles contribue substantiellement au renforcement de l’éolienne en torsion par rapport à cet axe.According to one embodiment, the quadratic moments in torsion with respect to the axis of the rotor of all the cylinder portions and of the framework + crosspieces assembly 108 and, where applicable, 109 are of the same order of magnitude, so that each of these two sets contributes substantially to the strengthening of the wind turbine in torsion with respect to this axis.
La structure alvéolaire peut par exemple être métallique ou non métallique (matériau composite ou autre) et la fraction de surface pleine par rapport à la surface latérale du cylindre dans lequel elle s’inscrit peut être limitée inférieurement à 20 %.The honeycomb structure can for example be metallic or non-metallic (composite material or other) and the fraction of solid surface compared to the lateral surface of the cylinder in which it fits can be limited to less than 20%.
En outre, la géométrie des alvéoles peut être fixée de manière à ce que l’ensemble des portions de cylindre, une fois assemblé sur l’éolienne, résiste à des efforts en compression suivant l’axe du cylindre dans une gamme particulière.In addition, the geometry of the cells can be fixed so that all of the cylinder portions, once assembled on the wind turbine, withstand compressive forces along the axis of the cylinder in a particular range.
Enfin, les dimensions de la maille des alvéoles peuvent être choisies pour empêcher le contact de certains êtres vivants, comme des êtres humains, des volatiles ou encore de petits mammifères avec les pâles du rotor. Cette disposition permet à l’ensemble ossature + portions de cylindre d’avoir simultanément un effet de renforcement de l’éolienne et un effet de protection contre les risques de blessures du fait de la rotation des pâles de l’éolienne.Finally, the dimensions of the mesh of the cells can be chosen to prevent the contact of certain living beings, such as human beings, birds or even small mammals with the blades of the rotor. This arrangement allows the framework + cylinder portions assembly to simultaneously have a wind turbine reinforcement effect and a protective effect against the risk of injury due to the rotation of the wind turbine blades.
Claims (13)
- fixe par rapport à l’embase (101) ;
- de hauteur sensiblement égale à celle de la partie aérienne, c’est-à-dire se trouvant au-dessus de l’embase, de l’axe (103) du rotor ;
- dont les montants forment des polygones contenus dans au moins deux plans verticaux et au moins un plan horizontal différent du plan de l'embase ;
et en ce qu’au moins une traverse (108) dite « principale » est fixée sur ladite ossature, la direction de ladite traverse (108) étant contenue dans un plan horizontal et sécante avec l’axe du rotor à proximité de l’extrémité supérieure de l’axe du rotor, ladite traverse (108) étant munie d’un palier guidant en rotation le rotor.Wind turbine (100) comprising at least one vertical axis rotor (103) extending between a lower end and an upper end, and mounted on a base (101), characterized in that the wind turbine is equipped with a frame (105)
- fixed relative to the base (101);
- Of height substantially equal to that of the aerial part, that is to say located above the base, the axis (103) of the rotor;
- whose uprights form polygons contained in at least two vertical planes and at least one horizontal plane different from the plane of the base;
and in that at least one so-called "main" crosspiece (108) is fixed to the said framework, the direction of the said crosspiece (108) being contained in a horizontal plane and secant with the axis of the rotor near the end upper part of the axis of the rotor, said crosspiece (108) being provided with a bearing guiding the rotor in rotation.
on fournit au moins un rotor d’axe (103) vertical s’étendant entre une extrémité inférieure et une extrémité supérieure, et monté sur une embase (101),
on équipe l’éolienne d’une ossature (105)
- fixe par rapport à l’embase (101);
- de hauteur sensiblement égale à celle de la partie aérienne, c’est-à-dire se trouvant au-dessus de l’embase, de l’axe (103) du rotor ;
- dont les montants forment des polygones contenus dans au moins deux plans verticaux et au moins un plan horizontal différent du plan de l'embase ;
au moins une traverse (108) dite « principale » étant fixée sur ladite ossature, la direction de ladite traverse (108) étant contenue dans un plan horizontal et sécante avec l’axe du rotor à proximité de l’extrémité supérieure de l’axe du rotor, ladite traverse (108) étant munie d’un palier guidant en rotation le rotor.Method of assembling a vertical axis wind turbine (100) comprising:
at least one vertical axis rotor (103) extending between a lower end and an upper end, and mounted on a base (101), is provided,
the wind turbine is equipped with a framework (105)
- fixed relative to the base (101);
- Of height substantially equal to that of the aerial part, that is to say located above the base, the axis (103) of the rotor;
- whose uprights form polygons contained in at least two vertical planes and at least one horizontal plane different from the plane of the base;
at least one so-called "main" crosspiece (108) being fixed to the said framework, the direction of the said crosspiece (108) being contained in a horizontal plane and secant with the axis of the rotor near the upper end of the axis of the rotor, said crosspiece (108) being provided with a bearing guiding the rotor in rotation.
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