La presente invention a pour objet une eolienne à tambour d'axe vertical comprenant des aubes paralleles à l'axe du tambour et oscillant sur ce denier autour d'un axe qui est situe au voisinage de leur bord d'attaque.
On sait que les eoliennes de ce genre presentent l'avantage de fonctionner sans gouverne ni denve puisqu'elles sont attaquees par le vent dans des conditions constantes, quelle que soit la direction de ce dernier. Du fait que les aubes peuvent pivoter autour de leur axe propre, il s'etablit une dissymetrie de position entre les aubes situees de part et d'autre d'un plan vertical oriente selon la direction du vent et contenant l'axe du tambour. La rotation de ce denier a donc lieu constamment dans le meme sens.
Les eoliennes de ce genre peuvent se classer en deux types: ou bien l'axe de pivotement de l'aube est situe approximativement au milieu de sa largeur, de sorte que l'aube est equilibree par rapport à son axe, mais il faut alors provoquer son mouvement de pivotement par un mecanisme approprie, ou bien l'axe de pivotement est situe au voisinage du bord d'attaque et le pivotement de l'aube s'effectue automatiquement par l'action du vent, mais la position instantanée des aubes est contrariée, dans le cas ou le tambour tourne ä une vitesse relativement grande, par l'effet de la force centrifuge du fait que les aubes ne sont pas equilibrees autour de leur axe de pivotement.
Le but de la presente invention est de realiser une eolienne du genre mentionne au debut, de construction simple et robuste, fonctionnant avec un rendement amélioré.
Dans ce but, l'e'olienne selon l'invention est caractérisée en ce que chaque aube est equipee de moyens de compensation de la force centrifuge et en ce que l'amplitude de son oscillation est limitee par des elements de retenue.
On va decnre ci-apres, à titre d'exemple, et en se relerant au dessin annexé, une forme d'execution de 1'éolienne selon l'invention.
Au dessin: la fig. 1 est une vue en coupe du tambour par un plan horizontal passant immediatement en dessous des bras superieurs du tambour, et la fig. 2 est une vue en coupe partielle à echelle agrandie montrant le dispositif de pivotement de l'aube sur les bras du tambour.
Le bäti de l'éolienne n'est pas represente au dessin. I1 supporte un axe vertical 1 monte sur des paliers et relie, eventuellement par l'intenmédiaire d'un engrenage, soit à un generateur électrique, soit à une pompe ouä tout autre organe d'utilisation. A l'axe 1 sont fixes deux disques 2 solidaires chacun d'une serie de bras radiaux 3. Dans l'exemple représenté, le tambour comporte deux seines de huit bras chacune entre lesquels sont montees des aubes 4.
Chaque aube 4 comprend comme partie principale un profile 5 dont la forme est visible à la fig. 2. Le bord avant, qui constitue le bord d'attaque de l'aube, est réalisé sous forme d'un element tubulaire 6 solidaire du profile 5. Deux bouchons 7 et 8 sont engages dans chacune des extremites du tube 6 et fixes à ce dernier. L'un de ces bouchons presente un trou axial 9 et se prolonge par un bout d'arbre cylindrique 10 qui constitue un element de pivotement. L'autre bouchon, 8, presente au contraire un logement interne cylindrique 11 dans lequel est engage un coussinet de palier 12. Le fond du logement 11 est egalement perce d'un trou 13.
En outre, chacun des bouchons 7 et 8 est solidaire d'une masselotte 14, 15 situee en avant du bord d'attaque de l'aube. Les dimensions des masselottes 14 et 15 seront determinees de facon que leur moment d'inertie par rapport à l'axe de pivotement de l'auber soit presque egal à celui du profile 5. Elles constituent des masses de compensation et reduisent dans une mesure appropriée les effets de la force centrifuge de facon à assurer ä chaque instant le positionnement correct de l'aube, quels que soient la vitesse et la force du vent. Les masses 14 et 15 pourraient aussi etre rempla cees par une barre continue situee devant le bord d'attaque de l'aube.
Comme on le voit à la fig. 2, chaque aube 4 pivote autour de l'axe de 1'element tubulaire 6 par rapport aux deux bras 3 entre lesquels elle est montee. Ces bras portent, I'un un tenon de pivotement 16 engage dans une ouverture du bras et dans le coussinet de palier 12, et l'autre un corps 17 qui porte un coussinet 18 engage sur le tenon 10. Le corps 17 est monte sur le bras supeneur et supporte le poids de l'aube. II porte en outre un organe de fixation 19 auquel est reliee l'extrémité supérieure d'un cäble 20 ou tout autre moyen susceptible de subir un effort de torsion, qui traverse le trou 9 du bouchon 7 ainsi que le trou 13 du bouchon 8.
Cet organe de torsion est fixe au bouchon 8 par son extremite inférieure et à I'element 19 par son extremite supérieure. Au dessin, I'element 19 est une vis qui est solidaire du corps 17. Grace à cette suspension, I'aube 4 peut osciller librement sur son axe dans des limites déterminées, comme on le verra plus loin. Elle ne risque pas de grippage sous l'effet des influences climatiques.
On voit à la fig. 1 que l'amplitude des mouvements de pivotement des aubes 4 par rapport aux bras 3 du tambour est limitee de part et d'autre d'une orientation moyenne par des elements de cäble souple 22 qui sont fixes au bord de fuite de l'aube et à un tenon de fixation 21 monte sur le bras 3 voisin. Dans les deux sens, le pivotement de l'aube est limite par la longueur du cäble souple 22.
I1 va sans dire que d'autres moyens peuvent egalement etre prevus pour limiter 1'amplitude du pivotement des aubes au cours de la rotation du tambour, par exemple des butees.
On notera encore que chacun des profiles 5 presente une face interne ou intrados plane 23 et une face externe ou extrados qui comprend, à partir du bord de fuite, une partie bombee convexe 24, une gorge 25 à fond incurve et une nervure 26 limitant la gorge 25 du cote de I'exterieur. Cette gorge s'etend immediatement en arriere de l'axe de pivotement. La forme et les dimensions de la gorge 25 et de la nervure 26 seront determinees de facon à obtenir un rendement de poussee optimal.
La position des differentes aubes 4 au cours de la rotation du tambour est visible à la fig. 1. On voit que sous l'effet d'un vent soufflant dans la direction de la fleche A, le tambour tourne dans la direction de la fleche B. Toutes les aubes qui, par rapport à la direction A, sont situees en avant du plan diametral C-D perpendiculaire à A offrent au vent leur face externe ou extrados, tandis que les aubes situees à l'arrière du plan C-D offrent au vent leur intrados.
Une aube exerce un effort moteur sur le tambour si la resultate des forces que le vent exerce sur elle passe à gauche de l'axe 1 en regardant la fig. 1 dans le sens de rotation de la peche B. En ajustant convenablement la longueur des cäbles 22, on peut realiser des conditions aerodynamiques optimales permettant de recolter sur l'axe 1 un couple de rotation maximum.
Comme on le voit à la fig. 1, chaque aube passe successivement et de facon continue au cours de la rotation du tambour dans les positions a ah. Dans la position a et au voisinage de cette position, I'aube reçoit le vent sur son extrados et exerce un couple moteur maximum. Quand elle parvient dans la position b, I'aube continue à etre motrice. La partie arriere de son extrados dirige les filets d'air venant de A en direction du bord de fuite, tandis que la partie avant les dirige dans la gorge 25. Au voisinage de la position c se produit le basculement de l'aube par rapport à son axe de pivotement. Dans les positions e, d et f, I'aube est retenue par les attaches 22 contre la force centrifuge.
Elles se trouvent dans une zone ou le vent est coupe par les aubes qui sont en position h à c, de sorte qu'elles ne subissent pratiquement aucun effet. On a constate que l'aube qui parvient au voisinage de la position g recoit à nouveau des filets d'air devies par l'aube se trouvant en position a, de sorte que la resultante des forces qu'elle subit peut, dans certains cas, etre motrice. Entre la position g et la position h, I'aube subit à nouveau un basculement et, dans cette derniere position, elle se trouve pratiquement en drapeau avant de devenir à nouveau motrice en a.
On a constate que la presence des gorges 25 jouait un role important sur le rendement du tambour en augmentant l'effet du vent sur les aubes qui produisent le couple moteur.
Du fait de la presence des masses de compensation 14 et 15, la position des aubes n'est pas perturbee par la force centrifuge, de sorte que le tambour peut etre construit de facon à tourner rapidement et que le rendement aérodynamique est conserve meme à grande vitesse.
En variante de la disposition representee à la fig. 2, on notera que les aubes pourraient egalement etre supporte par l'ele- ment 16, grace à une butee axiale de type usuel, par exemple une butee ä bille au lieu d'etre suspendues au cäble de torsion 20.
Finalement, il est bien entendu que plusieurs tambours tels que celui qui a ete decrit ci-dessus pourraient etre accouples coaxialement l'un au-dessus de l'autre afin d'obtenir une installation ayant le maximum de puissance.
The present invention relates to a wind turbine with a vertical axis drum comprising blades parallel to the axis of the drum and oscillating on this denier about an axis which is located in the vicinity of their leading edge.
It is known that wind turbines of this type have the advantage of operating without rudder or wind, since they are attacked by the wind under constant conditions, whatever the direction of the latter. Because the blades can pivot around their own axis, a positional asymmetry is established between the blades located on either side of a vertical plane oriented in the direction of the wind and containing the axis of the drum. The rotation of this denier therefore takes place constantly in the same direction.
Wind turbines of this kind can be classified into two types: either the pivot axis of the vane is located approximately in the middle of its width, so that the vane is balanced with respect to its axis, but then it is necessary cause its pivoting movement by an appropriate mechanism, or else the pivot axis is located in the vicinity of the leading edge and the pivoting of the blade takes place automatically by the action of the wind, but the instantaneous position of the blades is thwarted, in the case where the drum rotates at a relatively high speed, by the effect of centrifugal force because the blades are not balanced about their pivot axis.
The object of the present invention is to provide a wind turbine of the type mentioned at the beginning, of simple and robust construction, operating with improved efficiency.
For this purpose, the wind turbine according to the invention is characterized in that each blade is equipped with means for compensating the centrifugal force and in that the amplitude of its oscillation is limited by retaining elements.
An embodiment of the wind turbine according to the invention will be described below by way of example, and referring to the appended drawing.
In the drawing: fig. 1 is a sectional view of the drum on a horizontal plane passing immediately below the upper arms of the drum, and FIG. 2 is a partial sectional view on an enlarged scale showing the device for pivoting the blade on the arms of the drum.
The wind turbine frame is not shown in the drawing. It supports a vertical axis 1 mounted on bearings and connects, optionally by means of a gear, either to an electric generator, or to a pump or any other member of use. At the axis 1 are fixed two discs 2 each secured to a series of radial arms 3. In the example shown, the drum comprises two seines of eight arms each between which are mounted blades 4.
Each blade 4 comprises as its main part a profile 5, the shape of which is visible in FIG. 2. The front edge, which constitutes the leading edge of the blade, is produced in the form of a tubular element 6 integral with the profile 5. Two plugs 7 and 8 are engaged in each of the ends of the tube 6 and fixed to this last. One of these plugs has an axial hole 9 and is extended by a cylindrical shaft end 10 which constitutes a pivoting element. The other plug, 8, has on the contrary a cylindrical internal housing 11 in which is engaged a bearing pad 12. The bottom of the housing 11 is also drilled with a hole 13.
In addition, each of the plugs 7 and 8 is integral with a weight 14, 15 located in front of the leading edge of the blade. The dimensions of the weights 14 and 15 will be determined in such a way that their moment of inertia with respect to the pivot axis of the roller is almost equal to that of the profile 5. They constitute compensation masses and reduce to an appropriate extent the effects of centrifugal force so as to ensure the correct positioning of the blade at all times, whatever the speed and force of the wind. The masses 14 and 15 could also be replaced by a continuous bar located in front of the leading edge of the blade.
As seen in fig. 2, each blade 4 pivots around the axis of the tubular 1'element 6 with respect to the two arms 3 between which it is mounted. These arms carry, one a pivot pin 16 engaged in an opening of the arm and in the bearing pad 12, and the other a body 17 which carries a pad 18 engaged on the pin 10. The body 17 is mounted on the upper arm and supports the weight of the blade. It also carries a fixing member 19 to which is connected the upper end of a cable 20 or any other means capable of undergoing a torsional force, which passes through the hole 9 of the plug 7 as well as the hole 13 of the plug 8.
This torsion member is fixed to the cap 8 by its lower end and to the element 19 by its upper end. In the drawing, element 19 is a screw which is integral with body 17. Thanks to this suspension, blade 4 can oscillate freely on its axis within determined limits, as will be seen below. There is no risk of seizing under the effect of climatic influences.
We see in fig. 1 that the amplitude of the pivoting movements of the blades 4 with respect to the arms 3 of the drum is limited on either side of an average orientation by flexible cable elements 22 which are fixed to the trailing edge of the blade and to a fixing pin 21 mounted on the neighboring arm 3. In both directions, the pivoting of the blade is limited by the length of the flexible cable 22.
It goes without saying that other means may also be provided to limit the amplitude of the pivoting of the blades during the rotation of the drum, for example stops.
It will also be noted that each of the profiles 5 has an internal or lower surface 23 and an external or upper surface which comprises, from the trailing edge, a convex domed part 24, a groove 25 with a curved bottom and a rib 26 limiting the groove 25 on the outside. This groove extends immediately behind the pivot axis. The shape and dimensions of the groove 25 and the rib 26 will be determined so as to obtain optimum thrust efficiency.
The position of the various vanes 4 during the rotation of the drum is visible in FIG. 1. We see that under the effect of a wind blowing in the direction of the arrow A, the drum rotates in the direction of the arrow B. All the blades which, with respect to the direction A, are located in front of the diametral plane CD perpendicular to A offer their outer face or upper surface to the wind, while the vanes located behind the CD plane offer their lower surface to the wind.
A blade exerts a driving force on the drum if the result of the forces that the wind exerts on it passes to the left of axis 1, looking at fig. 1 in the direction of rotation of the fishing B. By suitably adjusting the length of the cables 22, optimal aerodynamic conditions can be achieved making it possible to collect on the axis 1 a maximum torque.
As seen in fig. 1, each vane passes successively and continuously during the rotation of the drum in the positions a ah. In position a and in the vicinity of this position, the vane receives the wind on its upper surface and exerts a maximum engine torque. When it reaches position b, the vane continues to be driving. The rear part of its extrados directs the streams of air coming from A towards the trailing edge, while the front part directs them into the groove 25. In the vicinity of position c occurs the tilting of the blade relative to the trailing edge. to its pivot axis. In positions e, d and f, the blade is retained by the clips 22 against the centrifugal force.
They are located in an area where the wind is cut by the vanes which are in position h to c, so that they are hardly affected. It has been observed that the vane which arrives in the vicinity of position g again receives streams of air deviated by the vane located in position a, so that the resultant of the forces which it undergoes can, in certain cases , be driving. Between position g and position h, the blade again undergoes tilting and, in this last position, it is practically feathered before again becoming driving at a.
It has been observed that the presence of the grooves 25 played an important role on the efficiency of the drum by increasing the effect of the wind on the blades which produce the driving torque.
Due to the presence of the compensating masses 14 and 15, the position of the vanes is not disturbed by centrifugal force, so that the drum can be constructed so as to rotate quickly and the aerodynamic efficiency is maintained even at high speed. speed.
As a variant of the arrangement shown in FIG. 2, it will be noted that the vanes could also be supported by element 16, by means of an axial stop of the usual type, for example a ball stop instead of being suspended from the torsion cable 20.
Finally, it is understood that several drums such as the one which has been described above could be coupled coaxially one above the other in order to obtain an installation having the maximum power.