WO2002002935A1 - Rotor spiralo-helicoidal a glissieres assurant la canalisation des fluides - Google Patents
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Definitions
- the object of the present invention is to improve the efficiency of the reception and propulsion rotors by avoiding power losses due to the effect of the vortex.
- this rotor in a fourth version, operates with the vortex effect: its advantages and disadvantages. It is a rotor in the form of a spiral galaxy (fig. 1) which is a synthesis of the propeller and the turbine, this thanks to full spiral slides (4; 4 ') mounted at the periphery of the wings or blades, either on one side, the other or both at the same time, depending on the desired application.
- ⁇ O-V superimpose: from the circumference of the wing in its narrow part eri ⁇ apex (8), to the other wing in the middle in its broad part.
- This partition creates a vacuum zone in the middle of the rotor, which does not reduce performance and contributes to its solidity.
- the rotor will thus have more grip on the same volume of fluid and, therefore, will have a higher efficiency with a lower speed of rotation.
- This rotor will generate less eddies, and the negative effects of cavitation will be reduced or even eliminated.
- the exhaust flow of the fluids will be axial, if not convergent, hence the reduction in turbulence. In this case, the height of the slides will increase from the base of the rotor to the top.
- the wings can be constituted by propellers two-bladed (fig. 5), stacked and juxtaposed helically.
- Each propeller (fig. 5) consists of two identical logarithmic spiral quarters (12; 12 ').
- the central part of these propellers (11) has two circular, or better still oval, and symmetrical bulges (15; 15 ').
- the outer spiral edges of the blades are fitted with solid guide rails (4; 4 '). These slides are mounted either on one side or the other, or on both sides at the same time.
- the blades of these propellers (12, 12 ') are twisted symmetrically.
- the dimensions of the different propellers are decreasing or progressive, by an identical factor, to allow perfect coincidence of their common parts.
- Spacers are inserted between the different propellers in their center so as to obtain a suitable pitch. These spacers may have a planar helix shape to reinforce the main blades.
- the solidarity of the propellers is ensured by pressure between them from their central parts thanks to a drive shaft integral with the different propellers and by the connection of their common external flanges (16; 17).
- the propellers are twisted at the same angle.
- This construction method allows the transport in kit form of large wind turbines or other large rotors. Assembly and assembly can be done on site.
- This construction method in addition to being simple, makes it possible to gain in robustness and is less costly for large rotors since the plane propellers can be cut from sheets or plates of already existing materials. In addition, the regularity of the slope will be increased. In either version (reception or propulsion), the blades or wings will be twisted to the right or to the left depending on the direction of rotation required by the application of the rotor.
- speed regulation can be done in part by premature air evacuation thanks to automatic single-leaf windows (20), fitted on the slides and the flat ends of the wings or blades. These windows open towards the outside, on the exhaust side, under the effect of a certain pressure of the attack air and, or, under the effect of centrifugal force. This more or less large opening, which will be precisely related to this pressure and this centrifugal force, will allow the premature evacuation of the air, from where a singular regulation of the speed.
- This type of propulsion rotor can find its application as a mixer for various fluids and fluidized solids.
- the third version represents the propelled rotor enclosed in a casing (30).
- This assembly makes it possible to produce a pump or a compressor.
- the fluid is sucked into the base (3) through the inlet (6) on the side (31) by means of a suitable direction of rotation of the motor (19).
- This fluid is pushed in force towards the outlet (32) thanks to the wings or blades (2) helped in this by the slides (4; 4 ').
- Special care will be taken to minimize the space between the top (33) of the slides (4) and the housing (30) so that the fluid under pressure does not escape excessively.
- the ideal solution would be to have a spiral and helical seal or segment at this point, along the entire length of the top of the slides, which would slide perfectly on the housing.
- the rotor works with the vortex effect.
- the solid slides are mounted in reverse: on the top side (8) for reception and on the base side (3) for propulsion and by the fact that the height of the slides grows from top to bottom.
- the fluids enter on the side of the top (8) and the exhaust is made tangentially on the side of the base (3).
- This assembly will provide higher speed, but with lower torque for the reception version (wind turbine).
- This assembly will require a higher speed for the second and third propulsion version because of the lower efficiency.
- the leading part of the wings or slide blades forward and tilt the rear part of the exhaust of these same wings or slide blades.
- the central part of the wings or the central blade will be square to the central axis.
- This solid slide rotor is a synthesis and a compromise between the propeller and the turbine. This innovation should allow increased performance and a reduction in the noise generated by certain rotary devices.
- FIG. 1 Top view of the receiving rotor (wind turbine), or view from the rear of the propulsion rotor.
- Fig. 2 Sectional view of the same rotor.
- Fig. 3 Top view of a rotor in the form of a spiral galaxy, the slides are hidden.
- Fig. 4 View of a pull-out hexagon with three stacked two-bladed propellers.
- Fig. 5 Profile view of a two-bladed propeller with its slides.
- Fig. 6 A Bias and front view of a propulsion rotor.
- FIG. 6 B Rear view of a rotor (for boat).
- Fig. 7 View of a speed regulation system by automatic opening of single-leaf windows.
- Fig. 8 The drawing represents a sectional view of a rotor wing, mounted in reception and in propulsion, this with an identical pitch (right-hand pitch). To reverse the direction of rotation of the rotor, reverse the pitch (left).
- 8 A rotor in reception with the vortex effect.
- 8 B propulsion rotor with vortex effect.
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Abstract
Rotor à fluides en forme de galaxie spiralée. Sa nouveauté réside en ce que ce rotor peut travailler dans le sens inverse du vortex, et qu'il est une synthèse de l'hélice et de la turbine, grâce à des glissières pleines montées sur les pourtours spiralés des ailes ou pales, canalisant ainsi les fluides pour un rendement maximal. Ce rotor est constitué d'ailes spiralées, hélicoïdales et entrelacées autour d'un arbre. Ce rotor peut être utilisé: -en réception dans les éoliennes et les turbines hydrauliques "au fil de l'eau"; -en propulsion dans les rotors d'avions, d'hélicoptères, de bateaux; dans les pompes, compresseurs, ventilateurs, mixeurs. Ce rotor génère moins de turbulences et de bruits. L'effet de cavitation est réduit.
Description
ROTOR SPIRALO-HÉLICOÏDAL À GLISSIÈRES ASSURANT LA CANALISATION DES FLUIDES
ÉTAT ANTÉRIEUR :
Jusqu'à présent, dans les hélices de réception, telles les éoliennes à axe horizontal, le fluide s'échappe tout le long des pales. Le fluide, exerçant sa pression dans la zone centrale, délivre un couple plus réduit que dans la zone périphérique. Une partie de la poussée reçue est donc moins bénéfique et est même perdue. Un modèle est donné dans le brevet US 4.218.175 où le rotor spiralo-hélicoïdal et conique se trouve dans un carter. Dans cette machine, le rotor capte une puissance élevée, mais cela nécessite un entonnoir de grande dimension.
Dans les hélices de propulsion classiques, le fluide est happé tout le long des pales, mais ce fluide s'échappe rapidement dans un flux divergent : d'où un brassage de fluide important avec perte d'appui. Cet inconvénient a été réduit en plaçant l'hélice dans un carter cylindrique pour obtenir une canalisation forcée.
Un autre exemple est décrit dans le brevet WO 86/02331 où l'hélice spiralo- hélicoïdale donne de bons résultats. Mais là aussi le fluide s'échappe vers l'extérieur tout le long de sa rotation, d'où une perte d'efficacité. Dans le brevet US 593.4877A est décrit un rotor à ailes spiralées, dont la forme est une spirale logarithmique répondant à la « Progression de Fibonacci » et au Nombre d'Or. Cependant, nous pouvons très bien avoir une spirale d'équation polaire différente, c'est-à-dire une spirale plus ou moins ouverte avec des résultats équivalents, sinon meilleurs. Le brevet US 005139391 décrit un rotor propulseur spiralo-hélicoïdal. Ce rotor doit être renfermé dans un carter pour être efficace, et il s'alimente par son sommet en générant un vortex.
En général, ces types de rotor exploitent des phénomènes de vortex et y perdent une partie de leur rendement.
LA PRÉSENTE INVENTION :
Le but de la présente invention est d'améliorer le rendement des rotors de réception et de propulsion en évitant les pertes de puissance dues à l'effet du vortex. Pour y parvenir, nous créons un vortex à l'envers :
1) dans une première version, comme rotor de réception pour les éoliennes ou pour les turbines au fil de l'eau ;
2) dans une deuxième version, la même invention, avec un fonctionnement inverse, peut trouver son application comme rotor de propulsion en milieu gazeux ou liquide ; 3) dans une troisième version, ce rotor de propulsion est renfermé dans un carter pour réaliser une pompe ou un compresseur ;
4) enfin, dans une quatrième version, ce rotor, avec un montage inverse de l'alimentation et de l'échappement, fonctionne avec l'effet vortex : ses avantages et ses inconvénients. II s'agit d'un rotor en forme de galaxie spiralée (fîg. 1) qui est une synthèse de l'hélice et de la turbine, ceci grâce à des glissières pleines spiralées (4 ; 4') montées en périphérie des ailes ou pales, soit d'un côté, soit de l'autre ou encore des deux à la fois, selon l'application désirée.
Lorsque les ailes (2 ; 2') se superposent, dans le cas où elles forment un angle de plus de 180° d'ouverture, une cloison pleine spiralée (5 ; 5') les relie là où elles se
≤O-V) superposent : du pourtour de l'aile dans sa partie étroite eri^sommet (8), à l'autre aile en son milieu dans sa partie large. Cette cloison crée une zone de dépression dans le milieu du rotor, laquelle ne diminue pas les performances et contribue à sa solidité.
Dans la première version en réception (fîg. 8C), éoliennes, turbines hydrauliques « au fil de l'eau », les glissières (4 ; 4') sont montées du côté de la base (3). La hauteur de ces glissières croît de la base (3) au sommet (8).
Ces glissières et cloisons créent des canaux spirales que doivent emprunter les fluides venant sur les parties centrales. Ces canaux empêchent les fluides de s'échapper prématurément. De plus, dans certains cas, des câbles de retenue ou haubans (7) relient radialement le haut des glissières(4) au moyeu du rotor (1), ou à une partie de l'aile ou des pales, à intervalles réguliers. Cela peut être intéressant, surtout pour de grandes éoliennes.
La présence de ces glissières offre l'avantage que celles-ci peuvent jouer un rôle de gouvernail. Dans un tel montage, nous avons aussi, à l'arrière des ailes ou des pales, une dépression importante qui génère une force de portance. Cette force de portance vient s'ajouter à la force de traînée venant de la pression directe des fluides et augmente le couple de rotation.
Dans la deuxième version(fîg. 8D), la même invention, en fonctionnement inverse, peut trouver son application comme rotor de propulsion : par exemple en propulsion aérienne pour avions, hélicoptères, ventilateurs ; et en propulsion hydraulique pour bateaux, ou encore, mixeurs de fluides ou de solides fluidisés. Le rotor happera les fluides à sa base (3) tangentiellement par l'entrée (6). Les glissières périphériques (4 ; 4'), montées du côté du sommet, empêcheront les fluides de s'échapper. Le rotor aura ainsi davantage de prise sur un même volume de fluide et, de ce fait, aura un rendement plus élevé avec une vitesse de rotation moindre. Ce rotor générera moins de remous, et les effets négatifs de la cavitation s'en trouveront réduits, voire supprimés. Dans ce montage, le flux d'échappement des fluides sera axial, si ce n'est convergent, d'où la réduction des turbulences. En ce cas, la hauteur des glissières sera croissante de la base du rotor vers le sommet.
Dans l'une ou l'autre version (réception et propulsion), la construction d'un tel rotor peut se faire autrement que par fonderie ou par moulage, du moins pour des rotors de grandes dimensions : les ailes peuvent être constituées par des hélices bipales (fîg. 5), empilées et juxtaposées de façon hélicoïdale. Chaque hélice (fîg. 5) est constituée par deux quartiers de spirale logarithmique (12; 12') identiques. La partie centrale de ces hélices (11) possède deux renflements circulaires, ou mieux encore ovalisés, et symétriques (15; 15'). Les rebords extérieurs spirales des pales sont garnis de glissières de guidage pleines (4; 4'). Ces glissières sont montées soit d'un côté, soit de l'autre, ou encore des deux côtés à la fois. Les pales de ces hélices (12, 12') sont vrillées symétriquement. Les dimensions des différentes hélices sont dégressives ou progressives, d'un facteur identique, pour permettre une coïncidence parfaite de leurs parties communes.
Des entretoises, de forme et d'épaisseur adaptées, sont intercalées entre les différentes hélices en leur centre de façon à obtenir un pas convenable. Ces entretoises pourront avoir une forme d'hélice plane pour renforcer les pales principales.
La solidarité des hélices est assurée par pression entre elles de leurs parties centrales grâce à un axe d'entraînement faisant corps avec les différentes hélices et par le raccordement de leurs rebords extérieurs communs (16; 17). Les hélices sont vrillées du même angle. Cette méthode de construction permet le transport en kit de grandes éoliennes ou autres grands rotors. Le montage et l'assemblage peuvent se faire sur place.
Cette méthode de construction, en plus d'être simple, permet de gagner en robustesse et s'avère moins coûteuse pour les grands rotors puisque les hélices planes peuvent être découpées dans des tôles ou plaques de matériaux déjà existants. De plus, la régularité de la pente sera accrue. Dans l'une ou l'autre version (réception ou propulsion), les pales ou ailes seront vrillées à droite ou à gauche selon le sens de rotation que nécessite l'application du rotor.
Dans la version « réception en éolien », (fîg. 7) la régulation de la vitesse peut se faire en partie par une évacuation prématurée de l'air grâce à des fenêtres automatiques d'un seul battant (20), aménagées sur les glissières et les extrémités planes des ailes ou des pales. Ces fenêtres s'ouvrent vers l'extérieur, côté échappement, sous l'effet d'une certaine pression de l'air d'attaque et, ou, sous l'effet de la force centrifuge. Cette ouverture plus ou moins grande, qui sera justement en rapport avec cette pression et cette force centrifuge, permettra l'évacuation prématurée de l'air, d'où une régulation singulière de la vitesse. Ce type de rotor en propulsion peut trouver son application comme mixeur à fluides divers et à solides fluidisés.
La troisième version (fîg. 9) représente le rotor en propulsion renfermé dans un carter (30). Ce montage permet de réaliser une pompe ou un compresseur. Le fluide est happé à la base (3) par l'entrée (6) du côté (31) grâce à un sens de rotation adapté du moteur (19). Ce fluide est poussé en force vers la sortie (32) grâce aux ailes ou pales (2) aidées en cela par les glissières (4; 4'). Un soin particulier sera donné pour réduire au minimum l'espace entre le haut (33) des glissières (4) et le carter (30) de façon que le fluide en pression ne s'échappe excessivement. La solution idéale serait d'avoir à cet endroit un joint ou un segment d'étanchéité spirale et hélicoïdal, sur toute la longueur du haut des glissières, qui glisserait parfaitement sur le carter.
Dans la quatrième et dernière version (fîg. 8A - 8B), contrairement trois précédentes, le rotor travaille avec l'effet vortex. Cela nécessite un montage inverse pour l'alimentation et l'échappement. Pour les différentes applications précédentes, réception et propulsion, les glissières pleines sont montées à l'inverse : du côté du sommet (8) pour la réception et du côté de la base (3) pour la propulsion et par le fait que la hauteur des glissières croît du sommet vers la base. Les fluides entrent du côté du sommet (8) et l'échappement se fait tangentiellement du côté de la base (3). Ce montage procurera une
vitesse plus élevée, mais avec un couple plus réduit pour la version réception (éolienne). Ce montage nécessitera une vitesse plus élevée pour la deuxième et troisième version en propulsion à cause du rendement moindre. Dans les quatre versions de ce rotor à glissières, il peut être utile d'augmenter le pas des ailes ou hélices. Pour le réaliser, il convient d'incliner, par rapport à l'axe central, la partie d'attaque des ailes ou pales à glissières vers l'avant et d'incliner vers l'arrière la partie d'échappement de ces mêmes ailes ou pales à glissières. En ce cas, la partie centrale des ailes ou la pale centrale sera d'équerre à l'axe central.
Dans ces quatre versions, nous pouvons avoir intérêt à augmenter la dépression à l'arrière du rotor. Ceci peut se faire en prolongeant légèrement les glissières (4;4') vers l'arrière. Le fait d'ajouter une petite glissière à l'arrière freine le retour du fluide dans la zone de dépression, d'où une légère augmentation du couple de rotation.
Ce rotor à glissières pleines est une synthèse et un compromis entre l'hélice et la turbine. Cette innovation devrait permettre des performances accrues et une réduction du bruit engendré par certains appareils rotatifs.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Fig. 1 : Vue de dessus du rotor de réception (éolienne), ou vue de l'arrière du rotor de propulsion.
Fig. 2 : Vue en coupe du même rotor.
Fig. 3 : Vue de dessus d'un rotor en forme de galaxie spiralée, les glissières sont masquées. Fig. 4 : Vue d'un hexagone gigogne avec trois hélices bipales empilées. Fig. 5 : Vue de profil d'une hélice bipale avec ses glissières. Fig. 6 A : Vue de biais et de l'avant d'un rotor de propulsion.
6 B : Vue arrière d'un rotor (pour bateau). Fig. 7 : Vue d'un système de régulation de vitesse par ouverture automatique de fenêtres d'un seul battant.
Fig. 8 : Le dessin représente une vue coupe d'une aile de rotor, monté en réception et en propulsion, ceci avec un pas identique (pas de droite). Pour inverser le sens de rotation du rotor, il faut inverser le pas (à gauche).
8 A : rotor en réception avec l'effet vortex. 8 B : rotor de propulsion avec l'effet vortex.
8 C : rotor de réception d'une éolienne montée en aval avec l'effet « vortex à l'envers »
8 D : rotor de propulsion avec l'effet « vortex à l'envers » Fig. 9 : Vue en coupe d'une pompe ou d'un compresseur avec rotor à glissière.
Claims
REVENDICATIONS
1) Rotor à fluides (fig. 1) pour la réception ou la propulsion spiralo-hélicoïdal caractérisé par le fait que ses ailes (2, 2') en forme de spirales logarithmiques hélicoïdales, entrelacées et symétriques, au nombre de deux minimum, ont leurs pourtours extérieurs garnis de glissières pleines (4, 4') montées à la périphérie de ces ailes soit d'un côté, soit de l'autre, ou encore des deux côtés à la fois, selon l'application désirée créant des canaux spirales et hélicoïdaux pour guider l'écoulement des fluides.
2) Hélice bipale (fîg. 5) caractérisée par le fait que les pales (12, 12') sont planes, que ces pales sont des quartiers de spirales logarithmiques, dont la partie centrale (11) possède deux renflements (15, 15'), circulaires ou mieux encore ovalisés et symétriques, dont les rebords extérieurs spirales sont garnis de glissières de guidage pleines (4, 4') montées soit d'un côté, soit de l'autre, ou encore des deux à la fois. L'hélice est percée en son milieu (10).
3) Rotor à fluide muni de glissières selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que ses ailes (2, 2') sont constituées par une superposition et une juxtaposition d'hélices bipales, que les dimensions de ces hélices sont dégressives ou progressives d'un facteur identique pour permettre une coïncidence parfaite de leurs parties communes (16, 17) et dont la solidarité, entre ces hélices, est assurée par pression entre elles de leurs parties centrales (11) grâce à un axe (1) faisant corps avec les différentes hélices et par le raccordement de leurs rebords extérieurs communs (16, 17), et dont les hélices sont vrillées du même angle.
4) Rotor de réception à glissières (fig. 8C) selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé par le fait que des glissières pleines (4) sont montées sur le pourtour des ailes ou pales du côté de la base (3) et que leur hauteur croît de la base au sommet (8).
5) Rotor de propulsion à glissières (fig. 8D) selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé par le fait que des glissières pleines sont montées du côté du sommet (8) sur le pourtour des ailes ou pales et que leur hauteur croît de la base (3) au sommet.
6) Rotor à glissières selon la revendication 3 caractérisé par le fait que des entretoises, de forme et d'épaisseur adaptées, sont intercalées entre les différentes hélices en leur centre, de façon à obtenir un pas convenable, et, ou, à renforcer les pales.
7) Rotor de réception à glissières selon les revendications 1, 3 et 4 caractérisé par le fait qu'une cloison pleine spiralée (5, 5') relie les ailes ou pales là où elles se superposent : du pourtour de l'aile dans sa partie étroite en son sommet (8) à l'autre aile, en son milieu, dans sa partie large. 8) Rotor à glissières selon les revendications 1, 3, 4 et 5 caractérisé par le fait que des câbles de retenue ou haubans relient radialement le haut des glissières (4) au moyeu du rotor (1) ou à une partie de l'aile ou des pales et ceci à intervalles réguliers.
9) Rotor à fluide (fîg. 7) muni de glissières selon les revendications 1, 3 et 4 caractérisé par le fait que la régulation de vitesse est réalisée par une évacuation prématurée de l'air grâce à des fenêtres automatiques d'un seul battant (20), aménagées sur les extrémités des ailes ou pales et, ou, sur les glissières, et s Ouvrant vers l'extérieur ou en direction de la sortie.
10) Régulateur de vitesse selon la revendication 9 caractérisé par le fait que ses fenêtres (20) d'un seul battant s'ouvrent vers l'extérieur côté échappement sous l'effet de la force centrifuge et, ou, d'une certaine pression de l'air d'attaque. L'automaticîté de la fermeture se fait grâce à l'élasticité de la charnière (21).
11) Rotor de propulsion à glissières (fîg. 9) selon les revendications 1, 3 et 5 caractérisé par le fait que ce rotor à glissières pleines soit enfermé dans un carter (30) pour faire office de pompe ou de compresseur. 12) Pompe ou compresseur (fîg. 9) selon la revendication 11 caractérisé par le fait que le fluide est happé à la base (3) par l'entrée (6) du côté (31) et expulsé vers la sortie (32) et caractérisé par le fait que l'espace, entre le haut (33) des glissières pleines (4) et le carter (30), est réduit au minimum.
13) Pompe ou compresseur selon la revendication 12 caractérisé par le fait que le haut (33) des glissières pleines (4) est équipé d'un joint ou segment d'étanchéité sur toute sa longueur et que le joint ou segment est en contact direct avec le carter sur lequel il doit glisser.
14) Rotor à glissières (fîg. 8 A - 8B) selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé par le fait que les glissières (4) sont montées du côté du sommet (8) pour la réception et du côté de la base (3) pour la propulsion, et par le fait que la hauteur des glissières croît du sommet vers la base.
15) Rotor à glissières (fîg. 8A - 8B - 8C - 8D) selon les revendications l, 3, 4, 5, 11 et 12 caractérisé par le fait que, par rapport à l'axe central, la partie d'attaque des ailes ou pales est inclinée vers l'avant et la partie d'échappement vers l'arrière. La partie centrale des ailes, ou la pale centrale est d'équerre avec l'axe central.
16) Rotor à glissières selon les revendications 1, 2, 3, 4, 5, 11, 12 et 15 caractérisé par le fait que les glissières (4, 4') sont légèrement prolongées vers l'arrière.
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