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BE1029739B1 - Wind turbine with axis perpendicular to the direction of the wind - Google Patents

Wind turbine with axis perpendicular to the direction of the wind Download PDF

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BE1029739B1
BE1029739B1 BE20225102A BE202205102A BE1029739B1 BE 1029739 B1 BE1029739 B1 BE 1029739B1 BE 20225102 A BE20225102 A BE 20225102A BE 202205102 A BE202205102 A BE 202205102A BE 1029739 B1 BE1029739 B1 BE 1029739B1
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wind
wind turbine
paddle wheel
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annular
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French (fr)
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Eugène DECKERS
Original Assignee
Deckers Eugene
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Publication date
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Abstract

La présente invention concerne une éolienne comportant une roue à aubes (1) qui est montée sur un arbre de rotation (7) et qui est associée à un concentrateur de vent (20) au moins partiellement annulaire, éventuellement réglable en position, qui comporte des aubes (25) éventuellement réglables agencées autour de ladite roue à aubes (1), entre deux éléments annulaires opposés (31,33), essentiellement perpendiculairement à ceux-ci, deux éléments annulaires (31,33) dont l’un au moins présente une surface intérieure s’écartant du plan de symétrie (41) de la roue à aubes en s’éloignant de l’axe de symétrie (5) de l’élément annulaire (31,33). L’agencement selon l’invention permet d’augmenter la concentration du vent entrant dans la roue à aubes (1) et ainsi d’améliorer les performances de celle-ci.The present invention relates to a wind turbine comprising a paddle wheel (1) which is mounted on a rotating shaft (7) and which is associated with an at least partially annular wind concentrator (20), possibly adjustable in position, which comprises possibly adjustable blades (25) arranged around said blade wheel (1), between two opposite annular elements (31,33), essentially perpendicular thereto, two annular elements (31,33), one of which at least has an inner surface diverging from the plane of symmetry (41) of the paddle wheel away from the axis of symmetry (5) of the annular element (31,33). The arrangement according to the invention makes it possible to increase the concentration of the wind entering the paddle wheel (1) and thus to improve the performance of the latter.

Description

! BE2022/5102! BE2022/5102

Éolienne à axe perpendiculaire à la direction du ventWind turbine with axis perpendicular to the direction of the wind

[0001] La présente invention est relative à une éolienne à axe essentiellement perpendiculaire à la direction du vent qui l’anime, notamment une éolienne destinée à la production d'énergie électrique. Elle concerne plus particulièrement une éolienne comportant une roue à aubes à axe de rotation essentiellement perpendiculaire à la direction du vent.The present invention relates to a wind turbine with an axis essentially perpendicular to the direction of the wind which drives it, in particular a wind turbine intended for the production of electrical energy. It relates more particularly to a wind turbine comprising a bladed wheel with an axis of rotation essentially perpendicular to the direction of the wind.

[0002] La génération d’énergie électrique à partir de sources d’énergies renouvelables est un domaine qui concentre énormément d'efforts ces dernières années. Dans le cadre des machines rotatives permettant de générer du courant électrique à l’aide du vent, on distingue les éoliennes à axe de rotation parallèle à la direction du vent et les éoliennes à axe de rotation transversale, de préférence essentiellement perpendiculaire , à la direction du vent qui l’anime. Si les premières sont de plus en plus grandes, peuvent de nos jours générer jusqu’à plus de 300 MW et sont parfois regroupées en champs de plusieurs dizaines de machines, notamment en haute mer, les deuxièmes ont connu un essor moins important mais ont néanmoins tout leur intérêt dans de plus petites installations.[0002] The generation of electrical energy from renewable energy sources is an area that has concentrated a lot of effort in recent years. In the context of rotating machines for generating electric current using the wind, a distinction is made between wind turbines with an axis of rotation parallel to the direction of the wind and wind turbines with an axis of rotation transverse, preferably essentially perpendicular, to the direction. of the wind that animates it. If the first are increasingly large, can nowadays generate up to more than 300 MW and are sometimes grouped together in fields of several dozen machines, especially on the high seas, the second have experienced less growth but have nevertheless all their interest in smaller installations.

[0003] Parmi les éoliennes à axe de rotation perpendiculaire à la direction du vent, on connaît notamment les roues à aubes. La roue à aubes peut être associée à un concentrateur de vent au moins partiellement annulaire, éventuellement réglable en position, qui comporte des aubes éventuellement réglables agencées autour de la roue à aubes, entre deux plateaux annulaires et qui servent à guider et concentrer le vent avant qu’il n’impacte les aubes de la roue à aubes, et éventuellement à faciliter la sortie des vents après avoir entrainé la roue à aubes. On citera notamment WO2004/063565 ou WO2004/018872 ou encore WO2012/026879.[0003] Among the wind turbines with an axis of rotation perpendicular to the direction of the wind, we know in particular the paddle wheels. The paddle wheel can be associated with an at least partially annular wind concentrator, possibly adjustable in position, which comprises possibly adjustable vanes arranged around the paddle wheel, between two annular plates and which serve to guide and concentrate the wind before that it does not impact the blades of the paddle wheel, and possibly to facilitate the exit of the winds after having driven the paddle wheel. Mention will in particular be made of WO2004/063565 or WO2004/018872 or even WO2012/026879.

[0004] La présente invention vise à améliorer les performances d’une telle éolienne à axe de rotation perpendiculaire à la direction du vent, comportant une roue à aubes.The present invention aims to improve the performance of such a wind turbine with an axis of rotation perpendicular to the direction of the wind, comprising a paddle wheel.

[0005] La présente invention vise encore à fournir un ensemble générateur électrique à partir de sources d'énergies renouvelables, avantageusement de diverses sources d’énergies renouvelables.The present invention also aims to provide an electric generator assembly from renewable energy sources, advantageously from various renewable energy sources.

[0006] Selon l'invention, l’éolienne comporte une roue à aubes qui est montée sur un arbre de rotation et qui est associée à un concentrateur de vent au moins partiellement annulaire,According to the invention, the wind turbine comprises a paddle wheel which is mounted on a rotation shaft and which is associated with an at least partially annular wind concentrator,

2 BE2022/5102 éventuellement réglable en position, qui comporte des aubes éventuellement réglables agencées autour de ladite roue à aubes, entre deux éléments annulaires opposés, essentiellement perpendiculairement à ceux-ci, deux éléments annulaires dont l’un au moins présente une paroi ou surface intérieure s’écartant du plan de symétrie de la roue à aubes en s’éloignant de l’axe de symétrie de l’élément annulaire. L’agencement selon l’invention permet d'augmenter la concentration du vent entrant ou, exprimé différemment, d’augmenter la vitesse du vent en direction des aubes de roue à aubes, et ainsi d'augmenter la puissance et d’améliorer les performances de celle-ci dans la production électrique.2 BE2022/5102 possibly adjustable in position, which comprises optionally adjustable vanes arranged around said impeller, between two opposite annular elements, essentially perpendicular thereto, two annular elements of which at least one has a wall or surface inner deviating from the plane of symmetry of the blade wheel away from the axis of symmetry of the annular element. The arrangement according to the invention makes it possible to increase the concentration of the incoming wind or, expressed differently, to increase the speed of the wind in the direction of the blades of the impeller, and thus to increase the power and improve the performance of it in electricity production.

[0007] Selon une forme d’exécution, ladite surface intérieure d’un élément annulaire est essentiellement plane. Dans ce cas, elle forme une surface tronconique sur le pourtour de la roue à aubes. Selon une autre forme d’exécution, elle peut être courbe, à la manière d’un pavillon de trompette. Dans les deux cas, on crée sur le pourtour de la roue à aubes des cellules ayant une section de captage de vent significativement accrue par rapport à la section de passage du vent dans la roue aubes. La section de captage est aussi accrue par rapport à la section de captage d’un concentrateur connu ayant des surfaces externes essentiellement ou approximativement dans le plan des surfaces externes de la roue à aubes.According to one embodiment, said inner surface of an annular element is essentially planar. In this case, it forms a frustoconical surface on the periphery of the paddle wheel. According to another form of execution, it can be curved, like a trumpet bell. In both cases, cells are created on the periphery of the blade wheel having a section for capturing the wind that is significantly increased with respect to the section for the passage of the wind in the blade wheel. The catchment area is also increased over the catchment area of a known concentrator having outer surfaces substantially or approximately in the plane of the outer surfaces of the impeller.

[0008] La roue à aubes peut être agencée horizontalement (l’axe étant essentiellement vertical) ou verticalement (l’axe étant essentiellement horizontal). Dans les deux cas, l’axe ou arbre de rotation est avantageusement essentiellement perpendiculaire à la direction du vent.[0008] The paddle wheel can be arranged horizontally (the axis being essentially vertical) or vertically (the axis being essentially horizontal). In both cases, the axis or shaft of rotation is advantageously essentially perpendicular to the direction of the wind.

[0009] La roue à aubes peut avantageusement être associée à au moins une machine génératrice de courant électrique. Selon une forme d'exécution avantageuse, ladite au moins une machine génératrice électrique est montée sur l’arbre de la roue à aubes.[0009] The paddle wheel can advantageously be associated with at least one electrical current-generating machine. According to an advantageous embodiment, said at least one electrical generating machine is mounted on the shaft of the paddle wheel.

[0010] Selon une autre forme d’exécution avantageuse, une machine génératrice électrique est montée sur l’arbre de la roue à aubes de chaque côté de celle-ci. Cet agencement permet d’équilibrer au mieux les charges et/ou sollicitations agissant sur l’arbre de la roue à aubes et ainsi de réduire l’usure des paliers et roulements entrainant des frictions et réduisant ainsi le rendement de la machine.According to another advantageous embodiment, an electric generating machine is mounted on the shaft of the paddle wheel on each side thereof. This arrangement makes it possible to better balance the loads and/or stresses acting on the shaft of the paddle wheel and thus to reduce the wear of the bearings and bearings causing friction and thus reducing the efficiency of the machine.

[0011] La présente invention concerne encore un ensemble générateur électrique de deux ou plus de roues à aubes associées à une ou plusieurs machines génératrices électriques. Selon une forme d'exécution avantageuse, les diverses roues à aubes sont montées sur un même arbre de rotationThe present invention also relates to an electric generator assembly of two or more paddle wheels associated with one or more electric generating machines. According to an advantageous embodiment, the various impellers are mounted on the same rotation shaft

3 BE2022/5102 et une machine génératrice électrique est montée à chacune des deux extrémités de l’arbre de rotation et éventuellement entre deux roues à aubes. Un tel ensemble générateur électrique permet de regrouper avantageusement plusieurs roues à aubes sur un même axe de rotation de façon bien équilibrée et de produire du courant électrique avec de bons rendements.3 BE2022/5102 and an electric generating machine is mounted at each of the two ends of the rotating shaft and possibly between two paddle wheels. Such an electric generator assembly makes it possible to advantageously group together several impellers on the same axis of rotation in a well-balanced manner and to produce electric current with good yields.

[0012] Un tel ensemble générateur électrique peut être agencé dans une structure de support surmonté d’une toiture. Cette dernière peut être formée par ou couverte de panneaux photovoltaïques. Cet ensemble générateur électrique est particulièrement efficace puisqu'il s’approvisionne de deux sources énergétiques renouvelables, le vent et le soleil. On sait que la plupart du temps l’une des deux sources est opérationnelle lorsque l’autre ne l’est pas et, de ce fait, la période de fonctionnement de l’ensemble générateur de l’invention est accrue.[0012] Such an electric generator assembly can be arranged in a support structure surmounted by a roof. The latter can be formed by or covered with photovoltaic panels. This electric generator set is particularly efficient since it is supplied by two renewable energy sources, the wind and the sun. It is known that most of the time one of the two sources is operational when the other is not and, therefore, the period of operation of the generator set of the invention is increased.

[0013] Illest bien entendu que dans le cadre de la présente invention, les termes « vertical » et « horizontal » au singulier et au pluriel ont la signification habituelle, l’objet étant en position normale de montage et/ou d'utilisation.It is understood that in the context of the present invention, the terms "vertical" and "horizontal" in the singular and in the plural have the usual meaning, the object being in the normal position of assembly and/or use.

[0014] Si l’objet de l'invention est bien tel que décrit ci-dessus, il ne concerne pas les aubes, ni leur position, ni leur forme, ni leur constitution. L'homme de l’art est certes en mesure de sélectionner les aubes, tant de la roue à aubes que du concentrateur de vent, selon les besoins de l'installation à construire.If the object of the invention is indeed as described above, it does not concern the blades, nor their position, nor their shape, nor their constitution. Those skilled in the art are certainly able to select the blades, both of the paddle wheel and of the wind concentrator, according to the needs of the installation to be built.

[0015] L'invention est décrite plus en détails dans l’exemple ci-dessous, à l’appui des figures dans lesquelles : - La Figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d’une éolienne selon l'invention, perpendiculairement à l’axe de rotation de la roue à aubes ; et - La Figure 2 est une vue schématique latérale d’une éolienne selon l'invention ; et - La Figure 3 représente schématiquement un ensemble générateur électrique comportant plusieurs éoliennes selon l’invention.The invention is described in more detail in the example below, with the support of the figures in which: - Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a wind turbine according to the invention, perpendicular to the axis of rotation of the paddle wheel; and - Figure 2 is a schematic side view of a wind turbine according to the invention; and - Figure 3 schematically represents an electric generator assembly comprising several wind turbines according to the invention.

[0016] Dans les figures, les mêmes repères de référence se rapportent à des éléments identiques ou similaires. Il est bien entendu que les figures sont schématiques et servent uniquement à la bonne compréhension et à illustrer la présente description sans pour autant servir à limiter la portée de l'invention.In the figures, the same reference marks relate to identical or similar elements. It is understood that the figures are schematic and serve only for the proper understanding and to illustrate the present description without thereby serving to limit the scope of the invention.

+ BE2022/5102+ BE2022/5102

[0017] La représentation schématique de la figure 1 montre clairement une roue à aubes 1 classique comportant des aubes 3 réparties uniformément angulairement autour de l’axe de rotation 5. En référence à la figure 2, il apparaît clairement que la roue à aubes 1 est montée sur un arbre 7 qui matérialise l’axe de rotation 5. Sur cet arbre 7 sont montées deux génératrices électriques 11 et 13. Sur le pourtours de la roue à aubes 1 est agencé un concentrateur de vent 20.The schematic representation of Figure 1 clearly shows a conventional blade wheel 1 comprising blades 3 uniformly angularly distributed around the axis of rotation 5. With reference to Figure 2, it is clear that the blade wheel 1 is mounted on a shaft 7 which materializes the axis of rotation 5. On this shaft 7 are mounted two electric generators 11 and 13. On the periphery of the paddle wheel 1 is arranged a wind concentrator 20.

Dans l’exemple représenté, ledit concentrateur de vent 20 est fixe et comporte des aubes 25. Selon l’exemple, celles-ci sont fixes également, toutes orientées de la même manière et uniformément réparties sur la périphérie de la roue à aubes 1, donc angulairement autour de l’axe de symétrie 5 du concentrateur de vent 20. On peut néanmoins prévoir des aubes orientables en fonction de la direction du vent impactant. En variante, on peut prévoir que le concentrateur de vent 20 soit orientable. Comme on peut le voir à la figue 2, les aubes 25 du concentrateur de vent 20 sont agencées entre deux éléments annulaires ou parois annulaires opposées 31 et 33, essentiellement perpendiculairement à celles-ci, deux parois annulaires 31,33 qui présentent une surface intérieure 35,37 respectivement, qui s’écarte du plan de symétrie 41 de la roue à aubes 1 en s’éloignant de axe de symétrie 5 de l’élément annulaire 31,33.In the example shown, said wind concentrator 20 is fixed and comprises blades 25. According to the example, these are also fixed, all oriented in the same way and uniformly distributed over the periphery of the blade wheel 1, therefore angularly around the axis of symmetry 5 of the wind concentrator 20. It is nevertheless possible to provide orientable blades according to the direction of the impacting wind. As a variant, provision can be made for the wind concentrator 20 to be orientable. As can be seen in Fig. 2, the vanes 25 of the wind concentrator 20 are arranged between two annular elements or opposed annular walls 31 and 33, essentially perpendicular thereto, two annular walls 31,33 which have an inner surface 35,37 respectively, which deviates from the plane of symmetry 41 of the impeller 1 by moving away from the axis of symmetry 5 of the annular element 31,33.

[0018] L’agencement selon l'invention permet de concentrer le vent entrant 50 en direction des aubes, notamment d’augmenter la vitesse du vent à l’entrée de la roue à aubes, et ainsi d'augmenter la puissance et d'améliorer les performances de celle-ci, pour une plus grande production électrique.The arrangement according to the invention makes it possible to concentrate the incoming wind 50 in the direction of the blades, in particular to increase the speed of the wind at the inlet of the paddle wheel, and thus to increase the power and to improve its performance, for greater electricity production.

[0019] On notera que dans les représentations, l’axe de rotation 5 de la roue à aubes 1 est vertical.[0019] It will be noted that in the representations, the axis of rotation 5 of the paddle wheel 1 is vertical.

Il est bien entendu et clair pour l'homme du métier qu’elle peut aussi être horizontale ou présenter toute autre orientation. De toute manière, cet axe 5 reste essentiellement perpendiculaire à la direction du vent 50.It is of course clear to those skilled in the art that it can also be horizontal or have any other orientation. In any case, this axis 5 remains essentially perpendicular to the direction of the wind 50.

[0020] Dans la forme d’exécution représentée, ladite surface intérieure 35,37 d’un élément annulaire 31,33 est essentiellement plane. Elle forme donc une surface tronconique sur le pourtour de la roue à aubes 1. En variante, elle peut être courbe, à la manière d’un pavillon de trompette.In the embodiment shown, said inner surface 35.37 of an annular element 31.33 is essentially planar. It therefore forms a frustoconical surface on the periphery of the blade wheel 1. Alternatively, it may be curved, like a trumpet bell.

Dans les deux cas, on crée sur le pourtour de la roue à aubes des cellules ayant une section de captage de vent significativement accrue par rapport à la section de passage du vent dans la roue aubes et on concentre ainsi le vent sur les aubes de la roue à aubes 1.In both cases, cells are created around the periphery of the blade wheel with a significantly increased wind collection section compared to the passage section of the wind in the blade wheel and the wind is thus concentrated on the blades of the blade. paddle wheel 1.

[0021] La figure 3 montre qu’il est avantageux d’assembler plusieurs éoliennes décrites ci-dessus sur un même arbre 7 afin de former un ensemble générateur électrique de deux, trois ou plus deFigure 3 shows that it is advantageous to assemble several wind turbines described above on the same shaft 7 in order to form an electrical generator assembly of two, three or more

> BE2022/5102 roues à aubes 1 associées à une ou plusieurs machines génératrices électriques 11. A la figure 3, on a représenté une génératrice à chaque extrémité de l’arbre 7 et deux génératrices entre deux roues à aubes 1. Selon une forme d’exécution avantageuse, on peut prévoir une seule génératrice entre deux roues à aubes. Cet type d’agencement permet de construire un ensemble générateur électrique efficace.> BE2022/5102 paddle wheels 1 associated with one or more electric generating machines 11. In Figure 3, there is shown a generator at each end of the shaft 7 and two generators between two paddle wheels 1. In a form of advantageous execution, one can provide a single generator between two paddle wheels. This type of arrangement makes it possible to build an efficient electrical generator set.

[0022] Comme on peut encore le distinguer à la figure 3, ledit ensemble générateur électrique peut être agencé dans une structure de support 60 surmontée d’une toiture 61. Il est bien entendu que l’arbre et d’autres éléments de l’ensemble demandent à être sécurisés d’une manière ou d’une autre. Ladite toiture est avantageusement formée par des panneaux photovoltaïques. Cet ensemble générateur électrique permet de générer un courant électrique de manière particulièrement efficace puisqu'il transforme deux sources énergétiques renouvelables, le vent 50 et le soleil 9.As can still be distinguished in Figure 3, said electric generator assembly can be arranged in a support structure 60 surmounted by a roof 61. It is understood that the shaft and other elements of the together are asking to be secured in one way or another. Said roof is advantageously formed by photovoltaic panels. This electric generator set makes it possible to generate an electric current in a particularly efficient way since it transforms two renewable energy sources, the wind 50 and the sun 9.

Claims (10)

RevendicationsClaims 1. Éolienne comportant une roue à aubes (1) qui est montée sur un arbre de rotation (7) et qui est associée à un concentrateur de vent (20) au moins partiellement annulaire, éventuellement réglable en position, qui comporte des aubes (25) éventuellement réglables agencées autour de ladite roue à aubes (1), entre deux éléments annulaires opposés (31,33), essentiellement perpendiculairement à ceux-ci, deux éléments annulaires (31,33) dont l’un au moins présente une surface intérieure (35,37) s’écartant du plan de symétrie (41) de la roue à aubes (1) en s’éloignant de l’axe de symétrie (5) de l’élément annulaire.1. Wind turbine comprising a paddle wheel (1) which is mounted on a rotation shaft (7) and which is associated with an at least partially annular wind concentrator (20), optionally adjustable in position, which comprises blades (25 ) optionally adjustable arranged around said impeller (1), between two opposite annular elements (31,33), essentially perpendicular thereto, two annular elements (31,33) of which at least one has an inner surface (35,37) deviating from the plane of symmetry (41) of the impeller (1) away from the axis of symmetry (5) of the annular element. 2. Éolienne selon la revendication 1 caractérisée en ce que ladite surface intérieure (35,37) d’un élément annulaire (31,33) est essentiellement plane.2. Wind turbine according to claim 1 characterized in that said inner surface (35,37) of an annular element (31,33) is essentially planar. 3. Éolienne selon la revendication 1 caractérisée en ce que ladite surface intérieure (35,37) d’un élément annulaire (31,33) est courbe, à la manière d’un pavillon de trompette.3. Wind turbine according to claim 1 characterized in that said inner surface (35,37) of an annular element (31,33) is curved, like a trumpet bell. 4. Éolienne selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la roue à aubes (1) est associée à au moins une machine génératrice de courant électrique.4. Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the paddle wheel (1) is associated with at least one electric current generating machine. 5. Éolienne selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite au moins une machine génératrice électrique (13) est montée sur l’arbre (7) de la roue à aubes (1).5. Wind turbine according to claim 4, characterized in that said at least one electrical generating machine (13) is mounted on the shaft (7) of the paddle wheel (1). 6. Éolienne selon la revendication 4, caractérisée en ce qu’une machine génératrice électrique (13) est montée sur l’arbre de la roue à aubes (1) de chaque côté de celle-ci.6. Wind turbine according to claim 4, characterized in that an electric generating machine (13) is mounted on the shaft of the paddle wheel (1) on each side thereof. 7. Éolienne selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la roue à aubes (1) est agencée horizontalement.7. Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the paddle wheel (1) is arranged horizontally. 8. Éolienne selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la roue à aubes (1) est agencée verticalement.8. Wind turbine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the paddle wheel (1) is arranged vertically. 9. Éolienne selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle est associée à au moins une autre éolienne, de préférence montée sur le même axe de rotation (5).9. Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that it is associated with at least one other wind turbine, preferably mounted on the same axis of rotation (5). 10. Éolienne selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle est surmontée de panneaux photovoltaïques (61).10. Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that it is surmounted by photovoltaic panels (61).
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