FR2801937A1 - Eolienne a axe de rotation vertical - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une éolienne à axe de rotation vertical. Cette éolienne comporte deux pales ayant une forme essentiellement semi-cylindrique, maintenues par deux flasques sensiblement horizontaux et tourne autour d'un axe sensiblement vertical. Chaque pale comporte un bord d'attaque, qui reçoit le vent en premier, et un bord de fuite qui reçoit le vent en dernier. Au moins l'un des bords d'attaque ou de fuite de chaque pale comporte un découpage tel qu'un angle a ayant pour sommet le point d'intersection entre le flasque et l'axe de rotation de l'éolienne, et passant par un point amont et un point aval est supérieur à 150, le point amont étant défini par la projection sur le flasque du point le plus en avant du découpage et le point aval étant défini par la projection sur le flasque du point le plus en arrière du découpage. En outre, la surface délimitée par le bord supérieur de la pale et par son bord inférieur d'une part, et par une droite verticale passante par le point amont et par une droite verticale passant par le point aval d'autre part forme deux zones, l'une de ces zones Za comportant de la matière et l'autre zone Zs ne comportant pas de matière. Le découpage a une forme telle que la surface de la zone Za est comprise entre la moitié et le double de la surface de la zone Zs .

Description

EOLIENNE <B>A AXE DE ROTATION VERTICAL</B> La présente invention concerne une éolienne à de rotation vertical comportant deux pales ayant une forme essentiellement semi-cylindrique avec une génératrice verticale, maintenues par moins un flasque sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation de l'eolienne, chaque pale ayant un diamètre d donné et comportant un bord d'attaque recevant un fluide en premier et un bord de fuite opposé au bord d'attaque, les pales étant décalées de façon que leurs axes soient séparés par distance comprise entre 0 et d et de préférence proche de d16.

II existe actuellement d'innombrables éoliennes ayant des axes verticaux ou horizontaux, ayant différents nombres de pales plus ou moins complexes et des rendements très variables.

Parmi les éoliennes à axe vertical, l'une d'elles est particulièrement simple à réaliser tout en offrant un bon rendement. Cette éolienne est connue sous le nom d'éolienne de Savonius ou de rotor Savonius nom de son concepteur. Elle est composée de deux demi-cylindres dont axes sont décalés d'une distance correspondant environ au sixième du diamètre des cylindres, ces deux demi-cylindres étant maintenus par deux flasques horizontaux.

Cette éolienne présente un coefficient de couple relativement élevé pour de nombreuses positions du rotor par rapport à la direction du vent. Toutefois, pour certaines de ces positions, le couple est négatif ce qui signifie que si l'éolienne est arrêtée dans une telle position, elle ne démarre pas.

Afin de résoudre ce problème, il a été suggéré de superposer deux rotors de Savonius décalés de n12. Ceci évite d'avoir un couple négatif, quelle que soit la direction du vent par rapport à la position du rotor. Toutefois, le coefficient de couple s'en trouve sérieusement diminué. présente invention se propose de pallier cet inconvénient en réalisant une eolienne n'ayant jamais de couple négatif quelle que soit la position du rotor rapport à la direction du vent, tout en offrant un bon coefficient de couple. Ce but est atteint par une éolienne telle que définie en preambule et caractérisée en ce que au moins l'un des bords d'attaque ou fuite de chaque pale comporte un découpage, en ce que la projection sur flasque du point le plus en avant du découpage définit un point amont, la projection sur le flasque du point le plus en arrière du découpage définissant point aval, en ce qu'un angle a ayant pour sommet le point d'intersection entre le flasque et l'axe de rotation de l'éolienne, et passant par le point amont et le point aval est supérieur à 15 , et en ce que la surface délimitée par le bord supérieur de la pale et par son bord inférieur d'une part, et par une droite verticale passante par le point amont et par une droite verticale passant par le point aval d'autre part forme deux zones, l'une de ces zones z, comportant de la matière et l'autre zone z, ne comportant pas de matière, et en ce que le decoupage a une forme telle que la surface de la zone z, est comprise entre moitié et le double de la surface de la zone zs.

Selon un mode de réalisation préféré, le bord d'attaque et le bord de fuite de chaque pale comportent chacun un découpage, qui peut notamment être rectiligne ou avoir une forme de V.

L'angle a de ce découpage est avantageusement supérieur à 18 , et de préférence compris entre 18 et 120 .

Selon un mode de réalisation avantageux, le découpage réalisé sur le bord d'attaque de chaque pale a une forme similaire à celui réalisé sur le bord de fuite. La surface de la zone z, est de préférence sensiblement égale à la surface de la zone La présente invention et ses avantages seront mieux compris en réference à la description d'un mode de réalisation particulier de l'invention et aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'une éolienne ayant un rotor de Savonius représentatif de l'art antérieur; - la figure 2 est une vue de dessus de l'éolienne de la figure 1; - la figure 3 illustre le coefficient de couple de l'éolienne de la figure 1 - la figure 4 illustre le coefficient de couple d'une éolienne constituée deux rotors de Savonius superposés, décalés de 7r12; - la figure 5 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'une éolienne selon la présente invention; - la figure 6 est une vue de dessus de l'éolienne de la figure 5; - les figures 7 et 8 sont deux vues de profil, selon deux sens opposés, d'une pale de l'eolienne de la figure 5; - la figure 9 est une vue similaire à la figure 7, d'une variante d'une pale d'une éolienne selon l'invention; et - la figure 10 représente le coefficient de couple pour différentes variantes de l'éolienne selon la figure 5. En référence aux figures 1 et 2, un rotor de Savonius 10 est formé essentiellement de deux pales semi-cylindriques 11, 11' ayant un diamètre d donné. Ces pales sont placées de façon que leurs bords les plus proches aient un écartement e donné tel que le rapport e/d soit proche de<B>1/6.</B>

La figure illustre le coefficient de couple du rotor de la figure 1 avec un rapport =<B>1/6.</B> Comme cela est visible sur cette figure 3, le coefficient couple négatif pour certaines valeurs de l'angle représentatif de position du rotor par rapport à la direction du vent. L'extension angulaire de zone de couple négatif est de l'ordre de 18 environ. Cela signifie que si rotor se trouve dans une position correspondant à la zone de couple négatif, par rapport à la direction du vent, le rotor ne démarrera pas. Dans nombreuses applications, ceci représente un handicap majeur du fait n'est jamais possible de garantir que l'éolienne démarre.

La figure 4 illustre le coefficient de couple d'une éolienne dans laquelle deux rotors de Savonius décalés de n12 sont superposés.

Comme cela est visible sur cette figure, les zones de couple négatif n'existent plus. Le coefficient couple minimal est proche de 0.2. Ainsi, quelle que soit la position du rotor par rapport à la direction du vent, l'éolienne démarrera. Par contre, le coefficient de couple est relativement faible. Cela signifie une faible aptitude à accélérer des charges. En effet, le coefficient de couple maximal est inférieur à 0.45, contre un coefficient proche de 0.65 dans le cas d'un rotor de Savonius conventionnel.

L'éolienne selon la présente invention telle qu'illustrée par les figures 5, 7 et 8 est formée essentiellement d'un rotor 20 ayant un axe vertical 21 lie par exemple à une génératrice électrique (non représentée). Le rotor formé de deux pales 22, 22' ayant une enveloppe semi-cylindrique à base circulaire et de deux flasques 23, 23' maintenant les pales. Ces pales ont un diamètre donné d et un écartement e comme dans le rotor Savonius. Ces paramètres sont définis comme dans le cas de la figure 2. rapport eld est avantageusement choisi au voisinage de 1l6.

Chacune des pales 22, 22' comporte un bord d'attaque 24 est le bord de la pale qui reçoit le vent en premier, et un bord de fuite 25 reçoit le vent en dernier. Contrairement au rotor de Savonius, le bord d'attaque et le bord de fuite ne sont pas verticaux et parallèles à l'axe du rotor, mais comportent un découpage.

En projetant le point le plus en avant du découpage sur l'un des flasques, par exemple le flasque supérieur 23, on obtient un point appelé ici le point amont Par analogie, si l'on projette le point le plus en arrière découpage sur flasque supérieur, on obtient un point appelé ici le point aval P, On peut définir un angle a ayant pour sommet le point d'intersection entre le flasque supérieur 23 et l'axe de rotation 21 de l'éolienne, et passant par le point amont P, et le point aval P, Afin que l'éolienne démarre dans n'importe quelle position, l'angle a doit être supérieur à 15 . Pour valeur de e nulle, l'angle a devrait être supérieur à 58 . Pour un rapport de eld =1l6, cet angle devrait être supérieur à 18 . Le rapport eld =1l6 correspond au rapport dans lequel l'angle a nécessaire pour le démarrage est minimal. Cet angle a peut être supérieur à ces valeurs et peut en fait prendre n'importe quelle valeur. Toutefois, si cet angle devient trop grand, le coefficient de couple diminue, comme cela est discuté ci-dessous en référence à la figure 10.

Afin que l'éolienne démarre dans n'importe quelle position, il faut en outre qu'une autre condition soit remplie. II faut en effet éviter les pales ne comportent qu'un découpage de très faible dimension, qui n'aurait pas l'effet voulu. Pour chaque pale et chaque bord de ces pales, il est possible de delimiter une surface ayant pour frontières le bord supérieur de la pale, bord inférieur de la pale, une droite verticale passante par le point amont P, et une droite verticale passant par le point aval Pv. Cette surface peut elle même être séparée en deux zones. L'une de ces zones z, comportant de la matière constituant la pale, et l'autre zone z, ne comportant pas de matière. Afin que l'éolienne puisse démarrer dans n'importe quelles conditions, le découpage doit avoir une forme telle que la surface de la zone za soit comprise entre la moitié et le double de la surface de la zone z, II est a noter que, en fonction de la forme du découpage, la zone z,, zone z, ou deux zones peuvent être formées d'un ou de plusieurs éléments. La surface la zone z, est égale à la somme de toutes les surfaces comportant de la matière. De même, la surface de la zone z, est égale à la somme de toutes les surfaces ne comportant pas de matière.

Dans les modes de réalisation illustrés, les zones za et z, ont une surface sensiblement égale. En particulier, dans les figures 7 et 8, le découpage a la forme d'un V, dont le sommet se trouve au milieu de la hauteur des pales.

Ce découpage est réalisé aussi bien sur le bord d'attaque de la pale sur le bord de fuite. Comme cela est visible sur ces figures, si le découpage sur le bord d'attaque "rentre" dans la pale, celui réalisé sur le bord de fuite "sort" de cette pale. La flèche f du découpage sur le bord de fuite 25 est nettement plus petite que sur le bord d'attaque 24. Cela est dû au fait que la distance entre le bord de fuite et l'axe de rotation 21 de l'éolienne est nettement plus petite que la distance entre le bord d'attaque et l'axe de rotation. Ceci est particulièrement visible sur la figure 6.

La figure 9 illustre une autre variante de découpage réalisé sur la pale. Ce découpage est formé de tronçons verticaux tels que la hauteur totale des tronçons disposés à la verticale du point amont Pr,, est égale à la hauteur du tronçon disposé à la verticale du point aval P, Ainsi, la surface de la zone z, est sensiblement égale à la surface de la zone z..

La figure 10 illustre le coefficient de couple en fonction de la position angulaire du rotor par rapport à la direction du vent pour différentes valeurs l'angle a. Les pales utilisées pour tracer ces courbes comportent un decoupage forme de V, tel que celui illustré par les figures 7 et 8.

courbe 30 illustre le coefficient de couple pour un angle a nul ce qui correspond au rotor de Savonius. Une zone de coefficient négatif apparaît sur cette courbe.

La courbe 31 est tracée pour un angle a de 15 . Cette courbe comporte une zone proche de zéro, très légèrement négative, ce qui peut signifier des problèmes au démarrage, dans certaines conditions précises.

courbes, 32, 33, 34, 35 et 36 représentent le coefficient de couple pour valeurs de l'angle a de 30 , 45 , 60 , 75 et 90 . Aucune de ces courbes comporte des zones dans lesquelles le coefficient de couple est négatif, qui signifie qu'une telle éolienne peut démarrer quelle que soit la direction du vent.

Comme on peut le constater au vu de ces courbes, la réalisation angle sur les bords de la pale permet d'éviter d'avoir un couple négati tout en conservant un coefficient de couple élevé. Le bord d'attaque et le bord de fuite peuvent prendre n'importe quelle forme pour autant que les critères mentionnés précédemment concernant l'angle a et les surfaces des zones za et z, soient respectés.

Une éolienne réalisée selon la présente invention présente donc un bon rendement tout en résolvant les problèmes liés à celles de l'art antérieur, puisque quelle que soit la position dans laquelle l'éolienne est arrêtée, elle démarrera dès que le vent sera suffisamment fort.

D'autre cette éolienne ne comporte que deux pales, ont de plus une forme tres simple. Cela signifie qu'une telle éolienne particulièrement facile à réaliser et particulièrement bon marché. Elle peut donc trouver de nombreuses applications, notamment dans les pays en développement.

Elle peut également être utilisée dans de nombreuses applications industrielles dans lesquelles il est nécessaire de produire de l'énergie sans que le coût de production soit élevé.

La présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, mais s'étend à toute variante ou modification évidente pour l'homme du métier.

Claims (3)

<B>REVENDICATIONS</B>

1. Eolienne à axe de rotation vertical comportant deux pales ayant une forme essentiellement semi-cylindrique avec une génératrice verticale, maintenues par au mions un flasque sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation de l'éolienne, chaque pale ayant un diamètre d donné et comportant un bord d'attaque recevant un fluide en premier et un bord de fuite opposé au bord d'attaque, les pales étant décalées façon que leurs axes soient séparés par une distance comprise entre et d et de préférence proche de d16, caractérisée en ce que au moins des bords d'attaque ou de fuite de chaque pale comporte un découpage, en ce que la projection sur le flasque du point le plus en avant du découpage définit un point amont, la projection sur le flasque du point le plus arrière du découpage définissant un point aval, en ce qu'un angle ayant pour sommet le point d'intersection entre le flasque et l'axe rotation de l'éolienne, et passant par le point amont et le point aval supérieur à 1 et en ce que la surface délimitée par le bord supérieur la pale et son bord inférieur d'une part, et par une droite verticale passante par le point amont et par une droite verticale passant par le point aval d'autre part forme deux zones, l'une de ces zones z, comportant de la matière et l'autre zone z, ne comportant pas de matière, et en ce que le découpage a une forme telle que la surface de la zone z, est comprise entre la moitié et le double de la surface de la zone z5.

2. Eolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bord d'attaque et le bord de fuite de chaque pale comporte un découpage.

3. Eolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle a est supérieur à 18 . Eolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce l'angle a est compris entre 18 et 120 . . Eolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce le découpage est rectiligne. 6. Eolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le découpage a une forme de V. 7. Eolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le découpage réalisé sur le bord d'attaque de chaque pale a une formé similaire au découpage réalisé sur le bord de fuite. 8. Eolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de la zone z, est sensiblement égale à la surface de la zone z,