WO1999013219A1 - Eolienne helicoidale a axe de rotation vertical - Google Patents

Eolienne helicoidale a axe de rotation vertical Download PDF

Info

Publication number
WO1999013219A1
WO1999013219A1 PCT/FR1998/001942 FR9801942W WO9913219A1 WO 1999013219 A1 WO1999013219 A1 WO 1999013219A1 FR 9801942 W FR9801942 W FR 9801942W WO 9913219 A1 WO9913219 A1 WO 9913219A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blade
wind turbine
axis
rotation
support
Prior art date
Application number
PCT/FR1998/001942
Other languages
English (en)
Inventor
Gérard TIRREAU
Original Assignee
Tirreau Gerard
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tirreau Gerard filed Critical Tirreau Gerard
Publication of WO1999013219A1 publication Critical patent/WO1999013219A1/fr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/06—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/061—Rotors characterised by their aerodynamic shape, e.g. aerofoil profiles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/21—Rotors for wind turbines
    • F05B2240/211—Rotors for wind turbines with vertical axis
    • F05B2240/212—Rotors for wind turbines with vertical axis of the Darrieus type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the invention relates to the field of wind turbines, that is to say motor machines capable of converting wind energy into a rotational movement in order to actuate appropriate equipment, for example an electric generator, a pump, etc. ...
  • Wind turbines fall into two main categories, those with a horizontal axis of rotation, and those with a vertical axis of rotation.
  • the invention relates more precisely to vertical axis wind turbines.
  • the latter include two main types: machines with differential drag (for example cup anemomers) and machines with fixed blades with cyclic variation of incidence, which generally include biconvex and symmetrical blades.
  • these known wind turbines are adapted to specific wind sites, and are therefore suitable for well-defined geographic regions, swept by the winds for which they are designed.
  • the main object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks. To this end, it offers a wind turbine with a vertical axis of rotation, which comprises a support capable of rotating around this axis of rotation, at least two blades carried by the support and each having a profiled section pressing on a curvilinear axis defined by the intersection of a half-sphere admitting said axis of rotation as the axis of revolution and of a half-cylinder centered on the radius of the sphere, having for diameter the radius of the half-sphere • and having its generatrices parallel to the axis of rotation, and in which each blade has an upper end and a lower end respectively connected to the support by first articulation connection means and by second articulation connection means, allowing an angular setting of the blade relative to to the hemisphere swept by the blade during the rotation of the support so as to widen the kinetic volume occupied by the propeller in increasing function of its speed e of rotation.
  • the wind turbine of the invention comprises several profiled blades, identical to each other, extending along a curvilinear axis defined by the intersection of a half-sphere and a half-cylinder.
  • each of the blades is connected to the rotating support by means of articulated connection means, so that the angular setting of each blade can be modified according to the wind speed, and depending on whether the device is stopped or Operating.
  • the wind turbine comprises three blades angularly offset at 120 ° from each other relative to the axis of rotation of the suppor.
  • the profiled section of each blade is constant and affects the general shape of a profile of the airplane wing type.
  • Other types of profiles can be adopted, symmetrical or not, depending on the sites.
  • the first articulation connection means advantageously comprise, for each blade, a first arm having a outer end fixedly connected to the blade and an inner end connected to the support by a joint.
  • the inner end of the first arm is bent and is connected to the support by a pivoting articulation, this pivoting articulation preferably extending in a radial direction relative to the axis of rotation.
  • the second articulation connection means comprise, for each blade, a second arm having an inner end fixedly connected to the upright and an outer end connected to the blade by a universal joint, in particular a ball joint.
  • each blade is spaced from the top of the hemisphere and the bottom end of each blade is located beyond the equatorial plane of the hemisphere relative to the top , approaching the axis of rotation, so as to form a natural air brake.
  • each blade has a setting angle, defined between the general direction of the profiled section of the blade and the tangent to the hemisphere, which can vary between a given initial value authorizing the starting of the wind turbine and a final value given, function of the wind turbine rotation speed.
  • the initial value of the setting angle is approximately 15 ° and its final value is at least 2 °.
  • FIG. 1 is a perspective view of a three-blade wind turbine according to the invention
  • - Figure 2 is a top view of the wind turbine of Figure 1;
  • FIG. 3 is a geometric representation in perspective of the curvilinear axis of a blade of the wind turbine of Figures 1 and 2;
  • FIG. 4 is a geometric representation from above of the hemisphere and a blade
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of a blade
  • FIG. 6 is a geometric representation from above of the hemisphere showing variations in the setting angle of a blade of the wind turbine.
  • the wind turbine shown in FIGS. 1 and 2 comprises a rotary support 1 mounted for free rotation around a substantially vertical axis ZZ on a frame 21 which will be described later.
  • the rotating support 1 comprises a central barrel 2 connected in the lower part to a base 3 of generally cylindrical shape, and ' in the upper part to a head 4 of profiled shape.
  • the support 1 carries three blades 5 identical to each other, and offset angularly ent 120 ° from each other relative to the axis of rotation Z-Z.
  • Each of the blades 5 has a cross section or profiled section of constant shape of the airplane wing type, as will be seen below.
  • Each of the blades 5 extends along a curvilinear axis AC (shown in broken lines in FIG. 1) having a very precise shape.
  • the blades 5 are capable of sweeping a surface corresponding to that of a hemisphere 6.
  • This hemisphere has a center 0 located on the axis ZZ, the latter also constituting the axis of revolution of the hemisphere 6.
  • the latter has a vertex S intersecting the axis ZZ and an equatorial plane P defined by the semi-axes OX and OY in a three-dimensional orthonormal coordinate system (axes OX, OY and OZ).
  • the curvilinear axis AC of each blade 5 is defined as being the intersection of the half-sphere 6 and of a half-cylinder 7 centered on the radius of the sphere, having for diameter the radius of the half-sphere and having its generatrices parallel to the axis of rotation XX.
  • the diameter of the half-cylinder 7 corresponds to a radius of the sphere.
  • the curvilinear axis AC starts from the vertex S and ends at the equatorial plane P of the hemisphere. The infinite extension of the curvilinear axis upwards would form a helical spiral which is a naturally advantageous form.
  • each of the blades 5 comprises an upper end 8 located near the apex S of the hemisphere and a lower end 9 located at a distance from the axis Z-Z.
  • each blade is perpendicular to the curvilinear axis AC.
  • the lower end 9 of each blade 5 is located beyond the equatorial plane of the hemisphere relative to the vertex S.
  • the end 9 of the blade extends below the equatorial plane of the hemisphere and protrudes from this equatorial plane over a length which corresponds approximately to a value of 10% or more of the diameter of the hemisphere.
  • the upper end 8 thereof is located a short distance from the top of the hemisphere.
  • a line segment AA ′ is tangent to the hemisphere 6 and orthogonal to the axis of a first blade at the point where the axis of this first blade begins.
  • BB ' represents a line segment tangent to the hemisphere and orthogonal to the axis of a second blade at the point where the axis of this second blade begins.
  • This last point I which constitutes the stopping point (upper end of the blade) is such that BB 'and AA' are parallel.
  • the blade 5 has a cross section of the airplane wing type with a leading edge 10 and a trailing edge 11.
  • the cross section of the profile has a general direction 12 forming an axis of symmetry .
  • the curvilinear axis AC extends perpendicular to the axis 12 and crosses the latter in a region where the blade has a maximum thickness.
  • Each of the blades 5 is connected to the support 1 by two link arms 13 and 14, respectively in the region of the upper end 8 and in the region of the lower end 9 of the blade.
  • the upper arm 13 has an outer end 15 fixedly connected to the blade 5 near its upper end 8 and an inner end 16 which is bent and which is able to pivot relative to the head 4 of the support
  • the lower arm 14 has an inner end 17 fixedly connected to the support 1 and an outer end 18 connected to the blade 5 by means of a universal joint 19 such as a ball joint.
  • the inner end 17 is connected to the base 3 of the support so that the arm 14 extends in a radial direction.
  • the outer end 18 is connected to the blade 5 near its lower end 9.
  • the respective ends 15 and 18 of the arms 13 and 14 are advantageously fixed to a tubular frame 20 which extends along the curvilinear axis AC and which is embedded in the thickness of the blade 5 as shown in FIG. 5.
  • Each of the blades 5 is thus connected to the support by articulation connecting means allowing on the one hand a pivoting of the end 16 of the arm 13 relative to the head 4 and on the other hand a universal articulation between the end mity 18 of arm 14 and blade 5.
  • Each of the blades 5 can thus be struggled around the two aforementioned articulations by modifying the orientation or the setting of the blade with respect to the hemisphere.
  • the general direction 12 of the profile of the blade always forms an angle with the tangent T to the half-sphere at the equatorial plane, at the point corresponding to the articulation of the universal joint 19.
  • the tangent T forms a right angle with the semi-axis OX while the general direction 12 of the profile must form an acute angle with the tangent T.
  • the direction of rotation of the wind turbine is designated by the reference W.
  • each of the blades forms an angle having an initial value AI, in the example of 15 °.
  • AI initial value
  • this angle decreases progressively to reach a final value AF which is at least 2 ° in the embodiment example selected.
  • each of the blades is oriented so as to have a setting angle of 15 ° and allow the autonomous start of the wind turbine, without the assistance of a motor, for a wind speed of the order of 4 meters per second.
  • the setting angle then varies according to the wind speed and goes from 15 ° to a range which is between 10.5 ° and 7.5 ° for a wind of 8 to 16 m / s. This setting angle decreases further for more violent winds.
  • elastic return means are interposed between each of the blades and the support 1 to request it in a position where the setting angle reaches its maximum value or starting value, here 15 °.
  • braking means capable of blocking or limiting the speed of rotation of the wind turbine in the event of very strong wind.
  • Braking can also be controlled directly by the timing mechanism, in the case of small wind turbines.
  • the initial setting angle of 15 ° allows the wind to start the rotation without external intervention.
  • the real wind exerts a push on the lower 2/3 of a blade, then is projected on the upper third of a second blade, and helps the latter to wind up, and this all the more easily as the penetration is progressive in the relative wind.
  • the third blade receives a thrust due to the real wind, on its upper third.
  • the wind turbine undergoes the action of the wind on an area equal to an entire blade, if we sum the exposed areas of the first and third blades.
  • wedging means make it possible to correct the wedging angle as a function of the period of revolution, that is to say of the angular speed of the support around the axis Z-Z.
  • each blade Because the upper end of each blade is spaced from the top of the hemisphere, therefore from the axis of rotation, this allows the creation of a vortex or vortex in the direction of rotation. This results in the creation of a vertical wind caused by the drag force of the blades of the wind turbine. This wind, which seems to reflect an apparent loss of efficiency, actually allows the speed of rotation of the wind turbine to be regulated in order to give it a relatively constant value. This aspect is very interesting for the use of the mechanical energy thus collected.
  • the frame 21 of the wind turbine comprises (FIG. 1) a vertical mast 22 connected to a mast head 23 by means of a connector 24 made of elastomeric material.
  • the mast head 23 extends inside the support 1, rolling means (not shown) being interposed between the mast head 23 and the base 3 and between the mast head 23 and the head 4.
  • the connector 24 allows a slight angular movement of the mast head 23 in all directions, so that the support 2 can rotate around a vertical or substantially vertical axis.
  • the connector 24 thus makes it possible to absorb the vibrations or undulations of the wind turbine during rotation.
  • the wind turbine of the invention can be produced according to different dimensions.
  • the setting means will advantageously be regulated by spring means, of the torsion or bending type.
  • the timing means will advantageously be regulated by a housing comprising several mechanical pistons with spring and oil bath allowing the recall of settings according to the speed of rotation.
  • the setting means will advantageously be assisted by a automated mechanism with jacks.
  • This jack mechanism makes it possible to give an optimum wedging angle at start-up depending on the site of installation, and then to adjust the wedging angle to the appropriate value according to the actual wind speed.
  • the wind turbine of the invention can be made of different materials, in particular its blades can be made of materials of the composite type.
  • the wind turbine of the invention does not require any external assistance for its start-up.
  • This wind turbine can be installed in different geographic regions and at different sites, both on land and at sea, to operate different types of devices: electric generators, pumps, etc. It has the great advantage of a dual use of the wind, both in the manner of machines with differential drag and in the manner of machines with fixed blades with cyclic variation of incidence.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

L'éolienne comprend un support (1) propre à tourner autour d'un axe vertical (X-X), au moins deux pales (5) portées par le support et ayant chacune une section profilée, s'appuyant sur un axe curviligne (AC) défini par l'intersection d'une demi-sphère et d'un demi-cylindre, chaque pale présentant une extrémité supérieure (8) et une extrémité inférieure (9) reliées respectivement au support (1) par des premiers moyens de liaison (13, 16) à articulation et par des seconds moyens de liaison (14, 19) à articulation, autorisant un calage angulaire de la pale en fonction de la vitesse de rotation de l'éolienne autour de son axe (Z-Z).

Description

Éolienne hélicoïdale à axe de rotation vertical
L'invention concerne le domaine des éoliennes, c'est-à-dire des machines motrices propres à convertir l'énergie du vent en un mouvement de rotation afin d'actionner un équipement approprié, par exemple un générateur électrique, une pompe, etc...
Les éoliennes se classent en deux catégories principales, celles présentant un axe horizontal de rotation, et celles présentant un axe vertical de rotation.
L'invention concerne plus précisément les éoliennes à axe vertical.
Ces dernières comprennent deux types principaux : les machines à traînée différentielle (par exemple les anémomè- très à coupelles) et les machines à aubes fixes à variation cyclique d'incidence, qui comprennent généralement des aubages biconvexes et symétriques.
La plupart des éoliennes à axe vertical ont pour inconvénient de nécessiter un fort couple de démarrage, si bien qu'il est nécessaire de les lancer au démarrage, par exemple au moyen d'un moteur électrique. Pour être rentables, elles doivent généralement être de grande taille, notamment les éoliennes du type DARRIUS. Elles sont alors très bruyantes, sont freinées en cas de vent trop important, et présentent un risque de chute.
En outre, ces éoliennes connues sont adaptées à des sites de vents spécifiques, et conviennent par conséquent à des régions géographiques bien déterminées, balayées par les vents pour lesquels elles sont conçues.
L'invention a principalement pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle propose à cet effet une éolienne à axe vertical de rotation, qui comprend un support propre à tourner autour de cet axe de rotation, au moins deux pales portées par le support et ayant chacune une section profilée s 'appuyant sur un axe curviligne défini par l'intersection d'une demi-sphère admettant ledit axe de rotation comme axe de révolution et d'un demi-cylindre centré sur le rayon de la sphère, ayant pour diamètre le rayon de la demi-sphère • et ayant ses génératrices parallèles à l'axe de rotation, et dans laquelle chaque pale présente une extrémité supérieure et une extrémité inférieure reliées respectivement au support par des premiers moyens de liaison à articulation et par des seconds moyens de liaison à articulation, autorisant un calage angulaire de la pale par rapport à la demi-sphère balayée par la pale lors de la rotation du support de manière à élargir le volume cinétique occupé par l'hélice en fonction croissante de sa vitesse de rotation.
Ainsi, l'éolienne de l'invention comprend plusieurs pales profilées, identiques entre elles, s 'étendant suivant un axe curviligne défini par l'intersection d'une demi-sphère et d'un demi-cylindre. En outre, chacune des pales est reliée au support tournant par l'intermédiaire de moyens de liaison à articulation, si bien que le calage angulaire de chaque pale peut être modifié en fonction de la vitesse du vent, et selon que le dispositif est arrêté ou en fonctionnement.
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, l'éolienne comprend trois pales décalées angulairement à 120° les unes des autres par rapport à l'axe de rotation du suppor .
Avantageusement, la section profilée de chaque pale est constante et affecte la forme générale d'un profil du type aile d'avion. D'autres types de profils peuvent être adoptés, symétriques ou non, en fonction des sites.
Les premiers moyens de liaison à articulation comprennent avantageusement, pour chaque pale, un premier bras ayant une extrémité extérieure reliée fixement à la pale et une extrémité intérieure reliée au support par une articulation.
Dans une forme de réalisation avantageuse, l'extrémité intérieure du premier bras est coudée et est reliée au support par une articulation à pivotement, cette articulation à pivotement s 'étendant de préférence dans une direction radiale par rapport à l'axe de rotation.
De façon préférentielle, les seconds moyens de liaison à articulation comprennent, pour chaque pale, un second bras ayant une extrémité intérieure reliée fixement au montant et une extrémité extérieure reliée à la pale par un joint universel, en particulier une rotule.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'extrémité supérieure de chaque pale est espacée du sommet de la demi- sphère et l'extrémité inférieure de chaque pale se situe au- delà du plan équatorial de la demi-sphère par rapport au sommet, en se rapprochant de l'axe de rotation, de manière à former un aéro-frein naturel.
De façon avantageuse, chaque pale présente un angle de calage, défini entre la direction générale de la section profilée de la pale et la tangente à la demi-sphère, qui peut varier entre une valeur initiale donnée autorisant le démarrage de l'éolienne et une valeur finale donnée, fonction de la vitesse de rotation de l'éolienne.
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la valeur initiale de l'angle de calage est d'environ 15° et sa valeur finale est d'au moins 2°.
Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'une éolienne à trois pales selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de dessus de l'éolienne de la figure 1 ;
- la figure 3 est une représentation géométrique en perspec- tive de l'axe curviligne d'une pale de l'éolienne des figures 1 et 2 ;
- la figure 4 est une représentation géométrique de dessus de la demi-sphère et d'une pale ;
- la figure 5 représente une vue en coupe transversale d'une pale ; et
- la figure 6 est une représentation géométrique de dessus, de la demi-sphère montrant des variations de l'angle de calage d'une pale de l'éolienne.
L'éolienne représentée aux figures 1 et 2 comprend un support tournant 1 monté à rotation libre autour d'un axe sensible- ment vertical Z-Z sur un bâti 21 qui sera décrit plus loin. Le support tournant 1 comprend un fût central 2 relié en partie inférieure à une base 3 de forme générale cylindrique, et' en partie supérieure à une tête 4 de forme profilée.
Le support 1 porte trois pales 5 identiques entre elles, et décalées angulaire ent à 120° les unes des autres par rapport à l'axe de rotation Z-Z. Chacune des pales 5 présente une section transversale ou profilée de forme constante du type aile d'avion, comme on le verra plus loin. Chacune des pales 5 s'étend suivant un axe curviligne AC (représenté en trait interrompu sur la figure 1) ayant une forme bien précise.
Comme on peut le voir sur la figure 3, lors de la rotation du support 1 autour de l'axe Z-Z, les pales 5 sont propres à balayer une surface correspondant à celle d'une demi-sphère 6. Cette demi-sphère possède un centre 0 situé sur l'axe Z-Z, ce dernier constituant aussi l'axe de révolution de la demi- sphère 6. Celle-ci possède un sommet S coupant l'axe Z-Z et un plan équatorial P défini par les demi-axes OX et OY dans un repère orthonormé à trois dimensions (axes OX, OY et OZ).
L'axe curviligne AC de chaque pale 5 est défini comme étant l'intersection de la demi-sphère 6 et d'un demi-cylindre 7 centré sur le rayon de la sphère, ayant pour diamètre le rayon de la demi-sphère et ayant ses génératrices parallèles à l'axe de rotation X-X. Autrement dit, le diamètre du demi- cylindre 7 correspond à un rayon de la sphère. L'axe curvili- gne AC part du sommet S et aboutit au plan équatorial P de la demi-sphère. Le prolongement à l'infini de l'axe curviligne vers le haut formerait une spirale hélicoïdale qui est une forme naturellement avantageuse.
Comme montré aux figures 1 et 2 , chacune des pales 5 comprend une extrémité supérieure 8 située près du sommet S de la demi-sphère et une extrémité inférieure 9 située à distance de l'axe Z-Z.
La section transversale de chaque pale est perpendiculaire à l'axe curviligne AC. L'extrémité inférieure 9 de chaque pale 5 se situe au-delà du plan équatorial de la demi-sphère par rapport au sommet S. Dans l'exemple, l'extrémité 9 de la pale s'étend en-dessous du plan équatorial de la demi-sphère et dépasse de ce plan équatorial sur une longueur qui correspond approximativement à une valeur de 10 % ou plus du diamètre de la demi-sphère. L'extrémité supérieure 8 de celle-ci se situe à faible distance du sommet de la demi-sphère.
Comme on peut le voir sur la figure 4, un segment de droite A-A' est tangent à la demi-sphère 6 et orthogonal à l'axe d'une première pale au point où l'axe de cette première pale débute. B-B ' représente un segment de droite tangent à la demi-sphère et orthogonal à l'axe d'une deuxième pale au point où l'axe de cette deuxième pale débute. Ce dernier point I qui constitue le point d'arrêt (extrémité supérieure de la pale) est tel que B-B' et A-A' sont parallèles. Ceci montre bien que la section transversale profilée de la pale s'étend toujours perpendiculairement à son axe curviligne.
Comme on le voit sur la figure 5 , la pale 5 présente une section transversale du type aile d'avion avec un bord d'attaque 10 et un bord de fuite 11. La section transversale du profilé comporte une direction générale 12 formant axe de symétrie. L'axe curviligne AC s'étend perpendiculairement à l'axe 12 et croise ce dernier dans une région où la pale présente une épaisseur maximale.
Chacune des pales 5 est reliée au support 1 par deux bras de liaison 13 et 14, respectivement dans la région de l'extré- mité supérieure 8 et dans la région de l'extrémité inférieure 9 de la pale.
Le bras supérieur 13 comporte une extrémité extérieure 15 reliée fixement à la pale 5 à proximité de son extrémité supérieure 8 et une extrémité intérieure 16 qui est coudée et qui est propre à pivoter par rapport à la tête 4 du support
1 dans une direction radiale et axiale. L'extrémité intérieure 16 forme un angle d'environ 120" avec le bras 13.
Le bras inférieur 14 possède une extrémité intérieure 17 reliée fixement au support 1 et une extrémité extérieure 18 reliée à la pale 5 par l'intermédiaire d'un joint universel 19 tel qu'un joint à rotule. L'extrémité intérieure 17 est reliée à la base 3 du support de telle sorte que le bras 14 s'étende dans une direction radiale. L'extrémité extérieure 18 est reliée à la pale 5 à proximité de son extrémité inférieure 9.
Les extrémités respectives 15 et 18 des bras 13 et 14 sont avantageusement fixées à une armature tubulaire 20 qui s'étend le long de l'axe curviligne AC et qui est noyée dans l'épaisseur de la pale 5 comme montré à la figure 5. Chacune des pales 5 est ainsi reliée au support par des moyens de liaison à articulation autorisant d'une part un pivotement de l'extrémité 16 du bras 13 par rapport à la tête 4 et d'autre part une articulation universelle entre l'extré- mité 18 du bras 14 et la pale 5.
Chacune des pales 5 peut ainsi se débattre autour des deux articulations précitées en modifiant l'orientation ou le calage de la pale par rapport à la demi-sphère.
Plus particulièrement, comme le montre la figure 6, la direction générale 12 du profil de la pale forme toujours un angle avec la tangente T à la demi-sphère au niveau du plan équatorial, au point correspondant à l'articulation du joint universel 19. Autrement dit, la tangente T forme un angle droit avec le demi-axe OX alors que la direction générale 12 du profil doit former un angle aigu avec la tangente T. Le sens de rotation de l'éolienne est désigné par la référence W.
Au démarrage de l'éolienne, chacune des pales forme un angle ayant une valeur initiale AI, dans l'exemple de 15°. Au fur et à mesure de la mise en rotation de l'éolienne, et en fonction de la vitesse du vent, cet angle diminue progressi- vement pour parvenir à une valeur finale AF qui est au minimum de 2° dans l'exemple de réalisation choisi.
Ainsi, au démarrage, chacune des pales est orientée de manière à présenter un angle de calage de 15° et permettre le démarrage autonome de l'éolienne, sans l'assistance d'un moteur, pour une vitesse du vent de l'ordre de 4 mètres par seconde. L'angle de calage varie ensuite selon la vitesse du vent et passe de 15° à une plage qui se situe entre 10,5° et 7,5° pour un vent de 8 à 16 m/s. Cet angle de calage diminue encore pour des vents plus violents.
De préférence, des moyens de rappel élastiques (non représentés) sont interposés entre chacune des pales et le support 1 pour la solliciter dans une position où l'angle de calage atteint sa valeur maximale ou valeur de démarrage, ici 15°.
Il est possible de prévoir des moyens de freinage propres à bloquer ou limiter la vitesse de rotation de l'éolienne en cas de vent très violent.
On peut notamment prévoir un contacteur qui actionnera le frein dès que l'angle de calage atteindra un seuil fixé à l'avance, par exemple un seuil correspondant à un angle de calage de 2°.
Le freinage peut également être commandé directement par le mécanisme de calage, dans le cas des éoliennes de petite taille.
L'angle initial de calage de 15° permet au vent de lancer la rotation sans intervention extérieure. Le vent réel exerce une poussée sur les 2/3 inférieurs d'une pale, puis est ensuite projeté sur le tiers supérieur d'une deuxième pale, et aide cette dernière à remonter le vent, et cela d'autant plus facilement que la pénétration est progressive dans le vent relatif. La troisième pale reçoit une poussée due au vent réel, sur son tiers supérieur.
Autrement dit, l'éolienne subit l'action du vent sur une surface égale à une pale entière, si l'on fait la somme des surfaces exposées de la première et de la troisième pale.
On comprendra que plus les pales tournent vite, plus l'angle de calage est petit. Les moyens de calage précités permettent de corriger l'angle de calage en fonction de la période de révolution, c'est-à-dire de la vitesse angulaire du support autour de l'axe Z-Z.
Du fait que l'extrémité supérieure de chaque pale est espacée du sommet de la demi-sphère, donc de l'axe de rotation, cela permet la création d'un tourbillon ou vortex dans le sens de rotation. Il en résulte la création d'un vent vertical causé par la force de traînée des pales de l'éolienne. Ce vent, qui semble traduire une perte apparente de rendement, permet en réalité de réguler la vitesse de rotation de l'éolienne afin de lui donner une valeur relativement constante. Cet aspect est très intéressant pour l'utilisation de l'énergie mécanique ainsi recueillie.
Le bâti 21 de l'éolienne comprend (figure 1) un mât vertical 22 relié à une tête de mât 23 par l'intermédiaire d'un raccord 24 en matériau élastomère.
La tête de mât 23 s'étend à l'intérieur du support 1, des moyens de roulement (non représentés) étant interposés entre la tête de mât 23 et la base 3 et entre la tête de mât 23 et la tête 4.
Le raccord 24 autorise un léger débattement angulaire de la tête de mât 23 dans toutes les directions, si bien que le support 2 peut tourner autour d'un axe vertical ou sensible- ment vertical.
Le raccord 24 permet ainsi d'absorber les vibrations ou ondulations de l'éolienne lors de la rotation.
L'éolienne de l'invention peut être réalisée suivant différentes dimensions.
Par exemple, pour des éoliennes de 0,5 à 5 mètres de diamètre, les moyens de calage seront avantageusement régulés par des moyens à ressort, du type à torsion ou flexion.
Pour des éoliennes de 5 à 15 mètres de diamètre, les moyens de calage seront avantageusement régulés par un boîtier comprenant plusieurs pistons mécaniques à ressort et à bain d'huile permettant le rappel des calages en fonction de la vitesse de rotation.
Pour des éoliennes d'un diamètre supérieur à 15 mètres, les moyens de calage seront avantageusement assistés par un mécanisme automatisé à vérins. Ce mécanisme à vérins permet de donner un angle de calage optimum au démarrage en fonction du site d'implantation, et de régler ensuite l'angle de calage à la valeur adéquate en fonction de la vitesse réelle du vent.
L'éolienne de l'invention peut être réalisée en différents matériaux, en particulier ses pales peuvent être réalisées dans des matériaux du type composite.
Comme déjà indiqué, l'éolienne de l'invention ne nécessite aucune assistance extérieure pour son démarrage.
De plus, elle a pour avantage de pouvoir fonctionner avec différents types de vents, depuis des vents relativement faibles de l'ordre de 3 à 4 m/s, jusqu'à des vents très violents.
Cette éolienne peut être implantée dans différentes régions géographiques et en différents sites, aussi bien sur terre qu'en mer, pour actionner différents types de dispositifs : générateurs électriques, pompes, etc. Elle présente le grand avantage d'une double utilisation du vent, à la fois à la manière des machines à traînée différentielle et à la manière des machines à aubes fixes à variation cyclique d'incidence.

Claims

Revendications
1. Eolienne à axe vertical de rotation, caractérisée en ce qu'elle comprend un support (1) propre à tourner autour de l'axe dp rotation (XX), au moins deux pales (5) portées par le support (1) et ayant chacune une section profilée, s 'appuyant sur un axe curviligne (AC) défini par l'intersection d'une demi-sphère (6) admettant l'axe de rotation (ZZ) comme axe de révolution et d'un demi-cylindre (7) centré sur le rayon de la demi-sphère, ayant pour diamètre le rayon de la demi-sphère et ayant ses génératrices parallèles à l'axe de rotation (ZZ), et en ce que chaque pale (5) présente une extrémité supérieure ( 8 ) et une extrémité inférieure ( 9 ) reliées respectivement au support ( 1 ) par des premiers moyens de liaison à articulation (13, 16) et par des seconds moyens de liaison à articulation (14, 19), autorisant un calage angulaire de la pale par rapport à la demi-sphère balayée par la pale lors de la rotation du support de manière à élargir le volume cinétique occupé par l'hélice en fonction crois- santé de sa vitesse de rotation.
2. Eolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend trois pales (5) décalées angulairement à 120° les unes des autres par rapport à l'axe de rotation (ZZ) du support (1) .
3. Eolienne selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la section profilée de chaque pale (5) est constante et affecte la forme générale d'un profil du type aile d'avion.
4. Eolienne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les premiers moyens de liaison à articulation comprennent, pour chaque pale, un premier bras (13) ayant une extrémité extérieure (15) reliée fixement à la pale (5) et une extrémité intérieure (16) reliée au support par une articulation.
5. Eolienne selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'extrémité intérieure (16) du premier bras (13) est coudée et est reliée au support (1) par une articulation à pivotement.
6. Eolienne selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les seconds moyens de liaison à articulation comprennent, pour chaque pale (5), un second bras (14) ayant une extrémité intérieure (17) reliée fixement au support (1) et une extrémité extérieure (18) reliée à la pale (5) par un joint universel (19), en particulier une rotule.
7. Eolienne selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'extrémité supérieure (8) de chaque pale est espacée du sommet (S) de la demi-sphère (6) et l'extrémité inférieure (9) de chaque pale se situe au-delà du plan équatorial (P) de la demi-sphère par rapport au sommet (S), en se rapprochant de l'axe de rotation (ZZ), de manière à former un aéro-frein naturel.
8. Eolienne selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que chaque pale (5) présente un angle de calage (A), défini entre la direction générale (12) de la section profilée de la pale et la tangente (T) à la demi-sphère (S), qui peut varier entre une valeur initiale (A-I) donnée autorisant le démarrage de l'éolienne et une valeur finale donnée (A-F), fonction de la vitesse de rotation de l'éolienne.
9. Eolienne selon la revendication 8, caractérisée en ce que la valeur initiale de l'angle de calage est d'environ 15° et sa valeur finale est d'au moins 2°.
PCT/FR1998/001942 1997-09-10 1998-09-10 Eolienne helicoidale a axe de rotation vertical WO1999013219A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9711241A FR2768187B1 (fr) 1997-09-10 1997-09-10 Eolienne helicoidale a axe de rotation vertical
FR97/11241 1997-09-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1999013219A1 true WO1999013219A1 (fr) 1999-03-18

Family

ID=9510929

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR1998/001942 WO1999013219A1 (fr) 1997-09-10 1998-09-10 Eolienne helicoidale a axe de rotation vertical

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR2768187B1 (fr)
WO (1) WO1999013219A1 (fr)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10125299A1 (de) * 2001-05-16 2002-12-12 Lutz Schulze Vertikalachs-Windturbine
DE102004041281A1 (de) * 2004-08-25 2006-03-02 Hochschule Bremerhaven Vertikalrotor und Verfahren für die Gewinnung elektrischer Energie aus Windenergie
KR100942831B1 (ko) * 2009-06-23 2010-02-18 정자춘 풍력 발전 장치
ITPD20120126A1 (it) * 2012-04-23 2013-10-24 Vortex Energy S R L Struttura perfezionata di turbina eolica o idraulica ad asse verticale
CN103742367A (zh) * 2014-01-02 2014-04-23 洛阳飓鸿环保技术有限公司 一种新型风力发电装置

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2415750B (en) * 2003-07-24 2006-07-26 Xc02 Ltd Vertical-axis wind turbine
GB2431698B (en) * 2004-09-13 2009-11-11 Proven Energy Ltd Cross flow twist turbine
US7726934B2 (en) * 2007-02-06 2010-06-01 Preferred Energy, L.L.C. Vertical axis wind turbine
WO2009109107A1 (fr) 2008-03-04 2009-09-11 南京宇能仪表有限公司 Système de génération éolien
ITBO20080658A1 (it) * 2008-10-27 2010-04-28 Linz Electric S R L Turbina eolica ad asse verticale
ITBO20080657A1 (it) * 2008-10-27 2010-04-28 Linz Electric S R L Turbina eolica ad asse verticale
FR2985787A1 (fr) * 2012-01-16 2013-07-19 Sarl Eolie Aube de rotor de darrieus vrillee et courbe
US20150233353A1 (en) * 2012-09-03 2015-08-20 Advance Windpower Ltd Vertical axis wind turbine
CN104863792B (zh) * 2015-05-20 2018-04-17 上海交通大学 具有扭角的垂直轴风力机弯曲叶片

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1518151A (en) * 1976-05-14 1978-07-19 Peck A Energy extracting machine
US4293274A (en) * 1979-09-24 1981-10-06 Gilman Frederick C Vertical axis wind turbine for generating usable energy
GB2165008A (en) * 1984-09-25 1986-04-03 Tema Spa Ian vertical-axis wind turbines with flexible blades
DE9012769U1 (fr) * 1990-09-07 1990-11-15 Freimund, Wolfgang, 2000 Hamburg, De
US5405246A (en) * 1992-03-19 1995-04-11 Goldberg; Steven B. Vertical-axis wind turbine with a twisted blade configuration

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1518151A (en) * 1976-05-14 1978-07-19 Peck A Energy extracting machine
US4293274A (en) * 1979-09-24 1981-10-06 Gilman Frederick C Vertical axis wind turbine for generating usable energy
GB2165008A (en) * 1984-09-25 1986-04-03 Tema Spa Ian vertical-axis wind turbines with flexible blades
DE9012769U1 (fr) * 1990-09-07 1990-11-15 Freimund, Wolfgang, 2000 Hamburg, De
US5405246A (en) * 1992-03-19 1995-04-11 Goldberg; Steven B. Vertical-axis wind turbine with a twisted blade configuration

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10125299A1 (de) * 2001-05-16 2002-12-12 Lutz Schulze Vertikalachs-Windturbine
DE102004041281A1 (de) * 2004-08-25 2006-03-02 Hochschule Bremerhaven Vertikalrotor und Verfahren für die Gewinnung elektrischer Energie aus Windenergie
DE102004041281B4 (de) * 2004-08-25 2014-12-04 Hochschule Bremerhaven Verfahren für die Gewinnung elektrischer Energie aus Windenergie und ein Vertikalrotor für ein solches Verfahren
KR100942831B1 (ko) * 2009-06-23 2010-02-18 정자춘 풍력 발전 장치
ITPD20120126A1 (it) * 2012-04-23 2013-10-24 Vortex Energy S R L Struttura perfezionata di turbina eolica o idraulica ad asse verticale
CN103742367A (zh) * 2014-01-02 2014-04-23 洛阳飓鸿环保技术有限公司 一种新型风力发电装置

Also Published As

Publication number Publication date
FR2768187B1 (fr) 2000-01-14
FR2768187A1 (fr) 1999-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO1999013219A1 (fr) Eolienne helicoidale a axe de rotation vertical
EP3426917B1 (fr) Eolienne flottante a turbines jumelles a axe vertical a rendement ameliore
EP2401509B1 (fr) Aubes de soufflante a calage cyclique
EP3058218B1 (fr) Eolienne a axe de rotation horizontal comprenant des familles de pales
EP3126668B1 (fr) Rotor de type savonius
EP2572100B1 (fr) Turbogenerateur a rotor a pales a incidence adaptee au vent apparent
FR2770826A1 (fr) Pale de rotor a volet orientable
EP2986848A1 (fr) Structure d'eolienne flottante
EP2620634B1 (fr) Rotor d'hydrolienne comportant au moins une pâle mobile en rotation autour d'un axe radial et des moyens de limitation du mouvement en rotation de ladite pâle, et hydrolienne comprenant un tel rotor
EP1348624B1 (fr) Dispositif de commande du pas des pales d'un rotor d'aéronef convertible
WO2013079638A1 (fr) Hydrolienne
EP1783049B1 (fr) Pale de giravion munie d'un volet orientable à l'aide d'au moins une rotule principale dont le premier arbre est solidaire dudit volet
EP2721293B1 (fr) Eolienne a axe vertical avec dispositif de freinage
WO2010109081A1 (fr) Rotor pour générateur d'énergie, en particulier pour éoliennes
EP0033258B1 (fr) Aérogénérateur à axe d'orientation variable
EP2837557B1 (fr) Dispositif de couplage d'une roue motorisée de train d'atterrissage d'aéronef
EP2337951B1 (fr) Éolienne a axe vertical
WO2012001320A1 (fr) Eolienne verticale a winglets
FR2750460A1 (fr) Perfectionnement a un dispositif aero-generateur
FR2500076A1 (fr) Eolienne independante de la direction du vent
FR3054268A1 (fr) Pale destinee a etre montee sur une eolienne comportant une voilure tournant autour d'une poutre glissee a l'interieur.
FR3041709A1 (fr) Eolienne a pales orientables delimitant une surface fermee et se chevauchant dans une configuration repliee
WO2019073175A1 (fr) Eolienne verticale a pales pivotantes
CH706919B1 (fr) Rotor de type Savonius à six pales.
FR2491556A1 (fr) Eolienne a capteur lent adaptable aux conditions de vent

Legal Events

Date Code Title Description
AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: CA

122 Ep: pct application non-entry in european phase