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Patent Searching and Data


Title:
ROTOR FOR A HYDROKINETIC TURBINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/077250
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a rotor (12), particularly for a hydrokinetic turbine, including N modules, each comprising a plate (27) and a plurality of blades (28) that each have a wing profile. The N modules are consecutively assembled from 1 through to N along an axis such that the blades (28) of each module K, with K ? G [2; N], are rigidly connected, on the ends thereof, to the plate of the module K and the plate of the module K-1.

Inventors:
BRUNET, Pascal (215 Domaine de Cantière, Rue du pont de l'Est, Soorts-Hossegor, 40150, FR)
KIRRMANN, Clément (86 Bis, rue de Lamouly, Anglet, 64600, FR)
Application Number:
FR2016/052862
Publication Date:
May 11, 2017
Filing Date:
November 04, 2016
Export Citation:
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Assignee:
BERTIN TECHNOLOGIES (10 bis, avenue Ampère - Parc d'activités du Pas du Lac, Montigny Le Bretonneux, 78180, FR)
International Classes:
F03B3/12
Foreign References:
EP2395231A22011-12-14
DE102008036307A12009-05-07
EP2857674A22015-04-08
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
ERNEST GUTMANN - YVES PLASSERAUD SAS - (3 rue Auber, Paris, Paris, 75009, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1 . Rotor (12), en particulier pour hydrolienne, comprenant N modules comportant chacun un plateau (27) et une pluralité de pales (28) ayant chacune un profil alaire, les N modules étant assemblés successivement de 1 à N le long d'un axe de manière à ce que les pales (28) de tout module K, avec K e [2 ; N], soient solidaires à leurs extrémités du plateau du module K et du plateau du module K-1 .

2. Rotor selon la revendication 1 , dans lequel chaque pale (28) d'un module K comprend une première extrémité (36) fixée de manière amovible sur une première face (40) du plateau (27) dudit module et une seconde extrémité (38) fixée de manière amovible sur une seconde face (42) du plateau du module K-1 .

3. Rotor selon la revendication 2, dans lequel chaque pale (28) comprend, à au moins l'une de sa première extrémité (36) et de sa seconde extrémité (28), des inserts (44) filetés s'étendant à l'intérieur de la pale et dans lesquels sont engagés des vis serrées sur la seconde face du plateau (27) du module K.

4. Rotor selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les modules comprennent tous un même nombre de pales (28) et dans lequel les pales des modules sont agencées en quinconce suivant l'axe du rotor (12).

5. Rotor selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel toutes les pales (28) d'un même module sont identiques et ont de préférence un profil symétrique du type NACA00XX.

6. Rotor selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les secondes extrémités (38) des pales (28) du premier module sont reliées à un plateau (22) dit supérieur solidaire d'un arbre de liaison (24) à un générateur électrique (26).

7. Rotor selon l'une des revendications précédentes, le rotor (12) étant dépourvu de tout arbre central reliant les plateaux entre eux.

8. Dispositif comprenant une ossature rigide (14) formant une cage dans laquelle est guidé à rotation un rotor (12) selon l'une des revendications 1 à 7.

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le rotor (12) est guidé à rotation à ses deux extrémités dans l'ossature (14) au moyen de paliers à rotule tels que des paliers à rotule lisse.

10. Dispositif selon l'une la revendication 7 ou 8, dans lequel l'ossature entoure intégralement le rotor (12) et présente en section une forme carré, l'ossature (12) étant formée de montants longitudinaux (16A, 16B, 16C, 16D) parallèles à l'axe du rotor (12) et de montants transversaux (18A, 18B) reliant lesdits montants longitudinaux (16A, 16B, 16C, 16D).

1 1 . Dispositif selon la revendication 8, dans lequel certains des montants transversaux (18A, 18B) sont agencés dans un même plan qu'un plateau (27) du rotor (12).

12. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 1 1 et la revendication 7, dans lequel l'ossature (14) comprend une partie dépourvue (46) de module et au travers de laquelle s'étend l'arbre (24) de liaison au générateur électrique (26).

13. Installation (63) comprenant une plate-forme flottante (64) sur laquelle un dispositif (10) selon l'une des revendications 8 à 12 est monté à pivotement entre une position de service sensiblement verticale et une position de maintenance sensiblement horizontale.

Description:
ROTOR POUR HYDROLIENNE

L'invention concerne un rotor pour hydrolienne ainsi qu'une installation intégrant un tel rotor.

On connaît des hydroliennes à axe vertical dites de Darrieus.

Dans ce type de configuration, le rotor comprend des pales régulièrement réparties autour de l'axe du rotor. Les pales présentent un profil alaire comportant un bord d'attaque et un bord de fuite et sont orientées de manière à ce que les bords d'attaque et les bords de fuite des aubes s'étendent globalement selon l'axe du rotor. Les pales sont généralement reliées par des bras à un arbre central lui-même relié à entraînement à un arbre d'un générateur électrique.

La force de portance qui se développe sur les pales est à l'origine d'un couple moteur qui se transmet via les bras à l'arbre central qui entraîne l'arbre du générateur et permet ainsi la production d'électricité.

Toutefois, les hydroliennes connues ne sont pas satisfaisantes car elles ne permettent pas de réaliser les opérations de maintenance d'une manière simple. De plus, la présence d'un arbre central nuit à la performance globale de l'hydrolienne en créant des tourbillons impactant la ou les pales remontant le flux et qui sont génératrices de portance.

L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème.

A cet effet, elle propose un rotor, en particulier pour hydrolienne, comprenant N modules comportant chacun un plateau et une pluralité de pales ayant chacune un profil alaire, les N modules étant assemblés successivement de 1 à N le long d'un axe virtuel (non matériel) de manière à ce que les pales de tout module K, avec K e [2 ; N], soient solidaires à leurs extrémités du plateau du module K et du plateau du module K-1 .

L'invention propose ainsi de réaliser un rotor avec une pluralité de modules élémentaires qui sont assemblés successivement les uns aux autres. Lorsque l'on souhaite allonger ou raccourcir le rotor, il suffit d'ajouter ou de supprimer une série de pales et un plateau. Les pales présentent ici un bord d'attaque et un bord de fuite et sont agencées pour fonctionner selon le modèle de Darrieus

Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque pale d'un module K comprend une première extrémité fixée de manière amovible sur une première face du plateau dudit module et une seconde extrémité fixée de manière amovible sur une seconde face du plateau du module K-1 . Ces deux faces sont ainsi en regard l'une de l'autre.

La fixation amovible des modules permet un montage et un démontage simple et rapide d'un ou de plusieurs modules, ce qui permet d'aisément adapter la longueur du rotor à la profondeur disponible dans le flux dans lequel on souhaite agencer le rotor.

Pour réaliser le montage et le démontage, chaque pale peut comprendre, à au moins l'une de sa première extrémité et de sa seconde extrémité, des inserts filetés s'étendant à l'intérieur de la pale et dans lesquels sont engagés des vis serrées sur la seconde face du plateau du module K.

De préférence, les deux extrémités des pales sont fixées de la même manière au moyen des inserts filetées précités. Cela est particulièrement intéressant lorsque les pales sont des pales droites, c'est- à-dire présentant un bord d'attaque et un bord de fuite rectilignes et parallèles et lorsque les pales présentent un profil symétrique. En effet, dans cette configuration, l'une ou l'autre des extrémités des pales peut alors être fixée indifféremment sur l'un ou l'autre des plateaux.

Dans une réalisation préférée de l'invention, les modules comprennent tous un même nombre de pales et les pales des modules, régulièrement réparties autour de l'axe du rotor, sont agencées en quinconce suivant l'axe du rotor. Dans cet agencement particulier, les pales d'un module K sont ainsi alignées avec les pales d'un module K+2. L'agencement en quinconce permet de lisser au cours d'un tour du rotor la valeur du couple vue par le rotor et donc par l'arbre du générateur électrique auquel est relié le rotor.

De préférence, toutes les pales d'un même module sont identiques et ont de préférence un profil symétrique du type NACA00XX. Le nombre XX indique l'épaisseur maximale du profil en pourcentage de la corde de la pale. Ainsi, lorsque XX est égal à 15, cela indique que la pale a une épaisseur maximale qui correspond à 15 % de la longueur de la corde de la pale.

Préférentiellement toutes les pales sont identiques et ont un profil symétrique du type NACA00XX.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les secondes extrémités des pales du premier module sont reliées à un plateau dit supérieur solidaire d'un arbre de liaison à un générateur électrique.

Le rotor selon l'invention est dépourvu de tout arbre central reliant les plateaux entre eux, ce qui permet de simplifier le montage et le démontage des différents modules.

L'invention concerne un dispositif comprenant une ossature rigide formant une cage dans laquelle est guidé en rotation un rotor tel que décrit précédemment.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le rotor est guidé en rotation à ses deux extrémités dans l'ossature au moyen de paliers à rotule tels que des paliers à rotule lisse. L'utilisation de paliers à rotule autorise, en fonctionnement, une déformation par flexion du rotor entre ses deux extrémités. Ces deux rotules autorisent ainsi cette déformation tout en garantissant une rotation optimale du rotor sans induire de contraintes délétères dans les modules.

Dans une configuration préférée de l'invention, l'ossature entoure intégralement le rotor, ce qui permet de protéger le rotor lors des opérations de déplacement du dispositif. L'ossature peut présenter en section une forme carrée, l'ossature étant formée de montants longitudinaux parallèles à l'axe du rotor et montants transversaux reliant lesdits montants longitudinaux.

Certains des montants transversaux sont agencés dans un même plan qu'un plateau du rotor de manière à limiter l'impact des montants transversaux sur l'écoulement du flux vers les pales du rotor.

Dans une réalisation pratique du dispositif, celui-ci comprend une partie dépourvue de module et au travers de laquelle s'étend l'arbre de liaison au générateur électrique. Cette partie est de préférence agencée à l'extrémité dite supérieure du rotor et permet ainsi lorsque le rotor est immergé de faciliter la circulation des débris flottants.

L'invention concerne encore une installation comprenant une plate-forme flottante sur laquelle un dispositif tel que décrit ci-dessus est monté à pivotement entre une position de service sensiblement verticale et une position de maintenance sensiblement horizontale.

L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif selon l'invention formant une hydrolienne ;

la figure 2 est une vue schématique d'une extrémité d'une pale ;

la figure 3 est une vue schématique de la liaison de l'extrémité inférieure du rotor au plateau inférieure ;

la figure 4 est une vue schématique de la liaison de l'extrémité supérieure du rotor au plateau supérieur ;

la figure 5 est une représentation schématique d'une installation comprenant une hydrolienne selon l'invention en position de service ;

la figure 6 est une représentation schématique d'une installation comprenant une hydrolienne selon l'invention en position de maintenance.

On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un dispositif 10 formant une hydrolienne comprenant un rotor 12 agencé à l'intérieur d'une ossature 14 ou bâti qui est structural, c'est-à-dire rigide. Cette ossature 14 forme une cage entourant intégralement le rotor 12 et dans laquelle le rotor 12 est guidé à rotation. Dans la suite de la description, les termes inférieure et supérieure sont utilisés en relation avec la position du dispositif 10 lorsque celui-ci est en position de service, c'est- à-dire en position verticale.

L'ossature 14 comprend une pluralité de montants longitudinaux 16A, 16B, 16C, 16D qui sont au nombre de quatre dans l'exemple représenté en figure 1 et qui sont agencés de manière à virtuellement former les arêtes longitudinales d'un pavé. Les montants longitudinaux 16A, 16B, 16C, 16D sont reliés les uns aux autres par des premiers 18A, des seconds 18B, 18D montants transversaux. Les premiers montants transversaux 18A et les montants longitudinaux 16A, 16B délimitent une première surface d'entrée du flux à l'intérieur de l'ossature ou de sortie du flux de l'ossature 14, et les premiers montants transversaux 18C et les montants longitudinaux 16C, 16D délimitent une seconde surface en vis-à- vis de la première surface et servant à la sortie du flux de l'ossature ou à l'entrée du flux à l'intérieur de l'ossature 14, respectivement. L'ossature 14 comprend également deux flancs latéraux en vis-à-vis, délimités par les montants longitudinaux 16B, 16C et 16A, 16D et les seconds montants transversaux 18B, 18D. Ces flancs comprennent également des bras 20 de renfort se croisant deux à deux et reliant les montants longitudinaux 16B, 16C et 16A, 16D en oblique, les extrémités desdits bras 20 étant agencées au voisinage des extrémités des seconds montants transversaux 18B, 18D.

Comme cela est visible sur la figure 1 , le rotor 12 comprend un plateau supérieur 22 solidaire d'un arbre 24 de liaison à un générateur électrique 26 et N modules comportant chacun un plateau 27 et une pluralité de pales 28 ayant chacune un profil alaire comportant un bord d'attaque 30 et un bord de fuite 32 (figure 3). Les N modules sont assemblés successivement de 1 à N le long de l'axe 34 du rotor de manière à ce que les pales 28 de tout module K, avec K G [2 ; N], soient solidaires à leurs extrémités du plateau du module K et du plateau du module K-1 . Dans l'exemple représenté sur la figure 1 , le rotor comprend quatre modules 1 , 2, 3 et 4 (N=4), le module 1 étant le module supérieur et le module 4 le module inférieur. Plus précisément, chaque pale 28 comprend une première extrémité 36 et une seconde extrémité 38 et chaque plateau 27 comprend une première face 40 et une seconde face 42. La première extrémité 36 et la seconde extrémité 38 de chaque pale 28 sont fixées sur la première face 40 du plateau 27 d'un module K et sur la seconde face 40 du module K-1 . On remarque que les premiers montants transversaux 18A, 18C, positionnés axialement entre les extrémités du rotor, sont agencés sensiblement dans un même plan qu'un plateau 27 du rotor 12 pour éviter d'impact l'écoulement du flux au travers du rotor 12. Les plateaux 27 peuvent être soient pleins ou partiellement creux. Dans le premier cas de plateaux pleins, le rendement mécanique est plus important du fait d'un couple plus important consécutif d'une masse en rotation plus importante. Toutefois, l'utilisation de plateaux comme représentés avec des évidements, c'est dire partiellement creux, permet de limiter la force nécessaire au déplacement du dispositif entre ses positions de service et de maintenance.

Afin de faciliter le montage et le démontage des modules et donc des pales 28 et des plateaux 27, la première extrémité et la seconde extrémité de chaque pale comprend trois inserts 44 creux comportant chacun un filetage interne (figure 4). Un premier insert 44A est agencé au voisinage du bord d'attaque 30, un second 44B au voisinage du bord de fuite 32 et un troisième 44C entre le premier 44A et le second 44B. Ainsi, des tiges filetées sont vissées au travers des plateaux 27 dans les premières 36 et secondes 38 extrémités des pales 28.

Chaque module comprend avantageusement le même nombre de pales 28 et les pales 28 des modules sont agencées en quinconce suivant l'axe du rotor. Les pales d'un module K sont ainsi agencées en quiconque avec les pales du module K-1 et/ou du module K+1 . Dans une réalisation pratique de l'invention, toutes les pales 28 d'un même module sont identiques et ont de préférence un profil symétrique du type NACA00XX qui peut être NACA0016 avec une corde inférieure à 0,3 m.

Comme on le remarque aisément sur la figure 1 , le rotor 12 selon l'invention présente la particularité d'être dépourvu d'un arbre central de liaison des plateaux 27, ce qui limite les perturbations à l'écoulement du flux au travers du rotor 12.

L'ossature 14 ou bâti comprend une partie supérieure 46 qui est dépourvue de tout module et qui est traversé par l'arbre 24 de liaison au générateur électrique, ce qui permet, lorsque le rotor 12 est immergé, de faciliter la circulation des débris flottants.

De plus, le rotor 12 est guidé à rotation à ses extrémités inférieure et supérieure sur l'ossature 14 au moyen de paliers à rotule tels que des paliers à rotule lisse.

La figure 3 représente la liaison du plateau inférieure 27 correspondant au plateau du quatrième module avec l'ossature 14. Pour cela, un segment ou téton cylindrique 48 est fixé sur un disque 50 lui-même fixé par boulonnage sur la seconde face 42 du plateau 27 du quatrième module. Une rotule 52 est engagée fixement autour du téton cylindrique 28 et est logée dans un évidement sphérique délimité par une pièce annulaire 54 fixée par boulonnage sur organe cylindrique 56 sur lequel sont fixés des bras obliques 20 de la face inférieure de l'ossature 14 (figures 1 et 3).

De même, le plateau supérieur 22 du rotor 12 est fixé à un disque lui-même fixé à l'arbre 24 d'entraînement du générateur électrique 26. Cet arbre 24 comprend une rotule 58 engagée dans un évidement sphérique d'une pièce annulaire 60 qui est fixée par boulonnage sur un organe cylindrique 62 sur lequel sont fixés des bras obliques 20.

De préférence, les rotules 58 sont réalisées dans un matériau ne nécessitant pas de graissage et qui est apte à peu s'user en milieu humide lorsque les vitesses de rotation du rotor sont de l'ordre de 30 à 50 tours par minute.

Afin de réduire la masse de l'ossature 14, celle-ci est de préférence réalisée en aluminium. Les pales 28 peuvent être réalisées en matériau composite ou en acier formé d'un noyau en mousse Epoxy par exemple et recouvert d'une enveloppe en uréthane injecté à basse pression.

L'invention concerne enfin une installation 63 comprenant une plate-forme flottante 64 portant le dispositif décrit ci-dessus. La plate-forme 64 comprend un portique 66 comportant un enrouleur 68 motorisé d'un câble 70 dont une extrémité est reliée au dispositif 10 qui est articulé à rotation sur la plate-forme 64. De cette façon, le dispositif peut être aisément déplacé de sa positon de service (figure 5) verticale à sa position de maintenance (figure 6) horizontale.

Sur les figures 5 et 6, la plate-forme a une forme sensiblement allongée dans une direction donnée (flèche A) prévue pour être alignée avec la direction du flux. La plate-forme est représentée en position telle que l'écoulement ou flux circule de la gauche vers la droite ou de la droite vers la gauche. Pour éviter que les embâcles naturels ou artificiels, c'est à dire les débris flottants, de grandes dimensions ne circulent en direction de l'hydrolienne 10, les extrémités amont/aval 72 formant la proue et la poupe de la plate-forme 64 comprennent des portions 74 comportant une paroi 75 externe arrondie concave et ayant une structure interne métallique en treillis. Des barres 76 ou tiges verticales s'étendent sous le fond de la plate- forme 64 depuis les structures en treillis. En fonctionnement, les gros débris circulant sensiblement sous la ligne de flottaison de la plate-forme 64 sont ainsi empêchés de circuler sous la plate-forme 64 en direction de l'hydrolienne et circulent ainsi de chaque côté de celle-ci.