WO2019034225A1 - Rotor éolien hélicoïdal à profil aérodynamique - Google Patents

Rotor éolien hélicoïdal à profil aérodynamique Download PDF

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WO2019034225A1
WO2019034225A1 PCT/EP2017/070529 EP2017070529W WO2019034225A1 WO 2019034225 A1 WO2019034225 A1 WO 2019034225A1 EP 2017070529 W EP2017070529 W EP 2017070529W WO 2019034225 A1 WO2019034225 A1 WO 2019034225A1
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aerodynamic
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helicoids
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Francesco MINIO PALUELLO
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Minio Paluello Francesco
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    • 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
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    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the major drawbacks are related to their mechanical complexity (not variable surfaces, brakes, returns, arms, levers %) that penalize the performance and lead to rapid wear of components.
  • the subject of the patent consists of a device consisting of at least two helicoids (1) mounted around a central axis, designed, but not limited to, for a vertical axis installation.
  • a circular helix curve of radius d is chosen.
  • a paraboloid surface of revolution is given.
  • the projection of the circular helix curve on this surface is a second helix curve which is, finally, a helix curve of the paraboloid of revolution.
  • chord of the profile is decreasing according to the law imposed by the paraboloid helix curve.
  • the aerodynamic profile (3) maintains its proportions (i.e.
  • the convex / concave or concave / convex shape will be chosen according to the desired purpose.
  • the central shaft (2) can be replaced by a series of aligned rings connecting, by welds, the helicoids (1) at different heights.
  • the flow of air passing through the system may be differently profitable depending on the choice of the presence or absence of the shaft and, where appropriate, the shape (trunk-conical or cylindrical) and the constitution (solid or hollow) of this this.
  • the rotor base will be connected to a system that will retransmit rotary motion for its operation (these conventional aspects are not detailed here).
  • the choice of the aerodynamic profile (3), the local angle of attack (incidence) and the pitch of the propeller should be adapted to maximize the efficiency of the system according to the purpose and in accordance with the local environmental characteristics.
  • the ratio between the rotor base diameter and the height of the shaft (2) as well as that between the pitch of the generator propeller and the height of the shaft (2), are key parameters that can be adjusted in depending on the location of the system, the required yield, the power required, the secondary parameters to be achieved.
  • the system can be started by any imbalance caused by environmental conditions: rain, hail, snow, temperature variations.
  • the operation of the rotor will have the effects of delivering a power to the axis and that of generating pressure gradients.
  • the device according to the invention is mainly designed, however in a non-limiting way, for use for small and medium powers.
  • Figure 1 represents an overall aerial view. [1] helicoid; [2] tree.
  • Figure 2 illustrates a front view. [1] helicoid; [2] tree; [3] generator profile of the helicoid sections.
  • Figure 3 shows a vertical section. [1] helicoid; [2] tree.

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Abstract

L'invention consiste en deux ou plus hélicoïdes (1) coaxiaux, élaborés à partir de profils aérodynamiques (3) développés le long de deux courbes hélices. Pour son fonctionnement ce système exploite principalement la portance et le moment de tangage générés par le passage d'un flux d'air. Toutefois, toute perturbation météorologique produisant un déséquilibre sur le dispositif représente une source secondaire pour sa mise en marche. La corde et l'épaisseur du profil aérodynamique (3) décroissent à mesure que l'on s'approche du sommet de l'arbre. L'arbre (2) constitue partie intégrante du dispositif aérodynamique. Le fonctionnement du rotor aura pour effets celui de délivrer une puissance à l'axe et celui de générer localement des gradients de pression. Le dispositif selon l'invention est principalement conçu, mais de manière non limitative, pour une utilisation pour petites et moyennes puissances.

Description

Rotor éolien hélicoïdal à profil aérodynamique.
Généralement les éoliennes, quelle soient à axe horizontal ou vertical, fonctionnent sur le principe de surfaces montées face au vent autour d'un axe de rotation. La force du vent met le système en un mouvement qui est ensuite exploité .
Les avantages des systèmes à axe vertical sont les suivants: faible encombrement, faible impact environnemental, facilité d'installation, coûts de maintenance réduits, fonctionnement assuré quelque soit le sens du vent.
Les inconvénient majeurs sont lies à leur complexité mécanique (pas variable des surfaces, freins, renvois, bras, leviers...) qui pénalisent le rendement et entraînent une usure rapide des composants.
L'objet du brevet consiste en un dispositif composé d'au minimum deux hélicoïdes (1) montés autour d'un axe central, conçu, sans toutefois s ' y limiter , pour une installation à axe vertical.
Ces hélicoïdes (1) sont élaborés de la manière suivante:
- autour de l'axe central de rotation une courbe hélice circulaire de rayon d est choisie. Toujours autour de cet axe une surface paraboloïde de révolution est donnée. La projection de la courbe hélice circulaire sur cette surface est une deuxième courbe hélice qui est, en définitive, une courbe hélice du paraboloïde de révolution.
- un profil aérodynamique (3) dont le bord d'attaque repose sur la courbe hélice paraboloïde et le bord de fuite sur la courbe hélice circulaire est choisi et placé à la base de l'axe de rotation.
la révolution du profil aérodynamique (3) ainsi placé générera l'hélicoïde.
La corde du profil va diminuant selon la loi imposée par la courbe hélice paraboloïde.
Le profil aérodynamique (3) maintien ses proportions (i.e.
FEU I LLE DE REM PLACEM ENT (RÈG LE 26) rapport entre corde et épaisseur) tout le long du développement vers le sommet, par conséquent son épaisseur diminue aussi en s'y rapprochant. Les principes physiques exploités sont ceux qui régissent l'aérodynamique des profils (i.e. portance, moment de tangage etc . ) .
La forme convexe/concave ou concave/convexe sera choisie en fonction du but recherché.
L'arbre central (2) pourra être remplacé par une série d'anneaux alignés reliant, par des soudures, les hélicoïdes (1) à différentes hauteurs. Le flux d'air traversant le système pourra être différemment rentabilisé selon le choix de la présence ou pas de l'arbre et, le cas échéant, la forme (tronc-conique ou cylindrique) et la constitution (plein ou creux) de celui-ci. La base du rotor sera relié à un système qui retransmettra le mouvement rotatif pour son exploitation (ces aspects conventionnels ne sont pas ici détaillées).
Le choix du profil aérodynamique (3), de l'angle d'attaque local (incidence) et du pas de l'hélice devra être adapté pour maximiser le rendement du système en fonction du but recherché et en accord avec le caractéristiques environnementales locales. Le rapport entre le diamètre de base du rotor et la hauteur de l'arbre (2) ainsi que celui entre le pas de l'hélice génératrice et la hauteur de l'arbre (2), sont des paramètres clés qui peuvent être ajustés en fonction de l'emplacement du système, du rendement requis, de la puissance requises, des paramètres secondaires à atteindre.
La présence du profil aérodynamique (3), le nombre d' hélicoïdes (1) présents et le profil de la section de l'arbre (2) déterminent localement un changement de pression d'air. En absence de vent, le système pourra être mis en marche par tout déséquilibre occasionné par les conditions environnementales : pluie, grêle, neige, variations de température .
Le fonctionnement du rotor aura comme effets celui de délivrer une puissance à l'axe et celui de générer des gradients de pression. Le dispositif selon l'invention est principalement conçu, toutefois de façon non limitative, pour une utilisation pour petites et moyennes puissances.
Trois dessins en annexe illustrent l'invention.
La Figure 1 représente une vue aérienne d'ensemble. [1] hélicoïde; [2] arbre. La Figure 2 illustre une vue frontale. [1] hélicoïde; [2] arbre; [3] profil générateur des sections de l' hélicoïde.
La Figure 3 montre une coupe verticale. [1] hélicoïde; [2] arbre .

Claims

Revendications
1) Rotor éolien caractérisé par au moins deux hélicoïdes (1) ayant section à profil aérodynamique (3) et par un arbre central.
2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce fait que le profil aérodynamique (3) maintien ses proportions (i.e. rapport entre corde et épaisseur) tout le long du développement vers le sommet de l'arbre (2).
3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce fait que la présence du profil aérodynamique (3) le long de l'hélicoïde (1) et le nombre d' hélicoïdes déterminent localement un changement de pression de air.
4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce fait que le profil de la section de l'arbre (2), quand il est présent, détermine localement un changement de la pression de l'air.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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