FR2947013A1

FR2947013A1 - Aerogenerateur carene.

Info

Publication number: FR2947013A1
Application number: FR0954099A
Authority: FR
Inventors: Alain Porte; Herve Batard
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2010-12-24
Anticipated expiration: 2029-06-18
Also published as: FR2947013B1

Abstract

L'objet de l'invention est un aérogénérateur utilisant la force du vent pour générer de l'électricité, comprenant d'une part un arbre de pivotement (14) supportant des moyens (16) pour transformer la force du vent en mouvement de rotation dudit arbre de pivotement (14), et d'autre part, un conduit (20) dans lequel est placé l'arbre de pivotement (14), avec un axe longitudinal (22) sensiblement horizontal et délimité par un carénage (24) comportant de manière concentrique une paroi intérieure (28) qui délimite ledit conduit (20) et une paroi extérieure (30), caractérisé en ce que le carénage (24) comprend au niveau d'au moins une partie de la paroi intérieure (28) une couche poreuse acoustiquement résistive (38), et selon la direction radiale, au moins une structure alvéolaire (40) et une couche réflectrice ou imperméable (42).

Description

AEROGENERATEUR CARENE

La présente invention se rapporte à un aérogénérateur caréné. Selon un mode de réalisation connu, un aérogénérateur comprend un pylône supportant une nacelle dans laquelle est placée une génératrice dont le rotor est accouplé à un arbre de pivotement sensiblement horizontal supportant des pâles.

La nacelle peut être montée pivotante à l'extrémité du pylône pour orienter l'arbre de pivotement des pâles en fonction de la direction du vent. En variante, la génératrice peut être placée au sol et une transmission peut assurer la liaison cinématique entre l'arbre de pivotement supportant les pâles et le rotor de la génératrice.

Les aérogénérateurs de ce type appelés également éoliennes ont plusieurs inconvénients Ils ont une plage de fonctionnement limitée, comprise entre 25 et 90 km/h approximativement. En effet, au-dessus de cette vitesse, les efforts exercés par le vent qui tendent à tordre l'arbre de pivotement en raison de la precession gyroscopique sont trop importants. Au dessous de la plage de fonctionnement, la rotation de l'arbre de pivotement est trop faible pour produire de l'électricité. Selon un autre inconvénient, les éoliennes génèrent des nuisances sonores en raison notamment des phénomènes de cisaillement de l'air aux extrémités des pâles et des différents organes en mouvement à l'intérieur de la nacelle.

Pour augmenter la plage de fonctionnement et éventuellement limiter le bruit émis, on connait les éoliennes à axe vertical de type Darrieux. Cependant, de telles éoliennes ont un rendement inférieur à celui des éoliennes à axe horizontal.

Pour augmenter la plage de fonctionnement et le rendement, on connaît également d'après le document FR-2.283.331 une éolienne avec un axe horizontal, placée dans un conduit. Selon ce document, des surfaces hélicoïdales sont rapportées sur un arbre de pivotement qui comprend à une extrémité une génératrice. Cet ensemble est disposé dans un conduit, l'arbre de pivotement étant disposé au niveau de l'axe longitudinal du conduit, la génératrice étant reliée au conduit grâce à trois branches disposées à 120° et l'extrémité de l'arbre de pivotement étant montée pivotante dans un palier relié au conduit grâce à trois branches disposées à 120°.

Même si cette solution permet de réduire les dimensions des pâles à production d'électricité égale par rapport à une éolienne sans conduit et d'augmenter la plage de fonctionnement et le rendement, elle ne donne pas pleinement satisfaction en matière de bruit. Pour réduire les nuisances sonores, une solution peut consister à optimiser le profil des pâles afin de limiter les phénomènes de cisaillement, à utiliser des organes en mouvement moins bruyants et/ou à capitonner la nacelle. La présente invention vise à proposer un dispositif pour générer de l'électricité avec la force motrice du vent ayant une plage de fonctionnement, des dimensions et un rendement optimisés ainsi qu'un impact réduit en matière de nuisances sonores. A cet effet, l'invention a pour objet un aérogénérateur utilisant la force du vent pour générer de l'électricité, comprenant, d'une part, un arbre de pivotement supportant des moyens pour transformer la force du vent en mouvement de rotation dudit arbre de pivotement, et d'autre part, un conduit dans lequel est placé l'arbre de pivotement, avec un axe longitudinal sensiblement horizontal et délimité par un carénage comportant de manière concentrique une paroi intérieure qui délimite ledit conduit et une paroi extérieure, caractérisé en ce que le carénage comprend au niveau d'au moins une partie de la paroi intérieure une couche poreuse acoustiquement résistive, et selon la direction radiale, au moins une structure alvéolaire et une couche réflectrice ou imperméable. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un aérogénérateur caréné selon une première variante de l'invention, - la figure 2 est une coupe longitudinale verticale de l'aérogénérateur illustré sur la figure 1, - la figure 3 est une vue en perspective d'un aérogénérateur caréné selon une deuxième variante de l'invention, - la figure 4 est une coupe longitudinale verticale de l'aérogénérateur illustré sur la figure 3, et - la figure 5 est une vue en perspective illustrant une partie du carénage.

Sur les figures 1 à 4, on a représenté en 10 la direction du vent dont la force motrice est utilisée pour produire de l'électricité grâce à un aérogénérateur 12. De manière connue, cet aérogénérateur 12 comprend un arbre de pivotement 14 supportant des moyens 16 pour transformer la force du vent en mouvement de rotation dudit arbre de pivotement 14.

Selon les cas, les moyens 16 pour transformer la force du vent en mouvement de rotation de l'arbre de pivotement peuvent se présenter sous la forme d'au moins une surface hélicoïdale comme illustré sur les figures 1 et 2 ou sous forme d'au moins une pâle comme illustré sur les figures 3 et 4. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à ces modes de réalisation et d'autres solutions techniques peuvent être envisagées pour convertir la force du vent en mouvement de rotation de l'arbre de pivotement 14. L'arbre de pivotement 14 est rapporté sur un support 18. Selon un mode de réalisation, l'arbre de pivotement 14 est surélevé et rapporté à l'extrémité supérieure d'un mât ou d'un pylône. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à cette disposition et d'autres agencements peuvent être envisagés. L'arbre de pivotement 14 est accouplé à des moyens de conversion du mouvement de rotation dudit arbre de pivotement 14 en électricité, par exemple une génératrice. Selon les cas, ces moyens peuvent être disposés dans le prolongement de l'arbre de pivotement 14 ou être déportés et reliés à l'arbre de pivotement par le biais d'une transmission. Les moyens de conversion et l'éventuelle transmission ne sont pas plus détaillés car ils sont connus de l'homme du métier et peuvent prendre différentes 10 configurations. Selon l'invention, l'arbre de pivotement 14 est disposé dans un conduit 20 avec un axe longitudinal 22 et délimité par un carénage 24. L'axe longitudinal 22 est sensiblement horizontal et de préférence disposé selon la direction du vent. Selon un mode de réalisation, le carénage 24 est rapporté à l'extrémité 15 supérieure d'un mât ou d'un pylône. Selon une amélioration, le carénage 24 peut pivoter par rapport au mât ou au pylône afin d'orienter l'axe longitudinal 22 selon la direction 10 du vent. De préférence, le carénage 24 peut comprendre des moyens pour adapter automatiquement l'orientation de l'axe longitudinal 22 en fonction de la direction du vent 10, par exemple au moins un aileron 26. 20 Le carénage 24 comprend de manière concentrique une paroi intérieure 28 qui délimite le conduit 20 et une paroi extérieure 30. En amont (selon le sens d'écoulement de l'air), les parois 28 et 30 se rejoignent de manière à former un profil courbe en C délimitant une entrée d'air 32. Ce type de profil permet de limiter la résistance à l'air. En aval, les parois 28 et 30 se rejoignent de manière 25 à former un profil effilé délimitant une sortie d'air 34. Ce type de profil permet de réduire la traînée. Le fait de prévoir un conduit permet d'optimiser le rendement et la plage de fonctionnement de l'aérogénérateur.

De préférence, l'arbre de pivotement 14 est relié au carénage 24. Selon une première variante illustrée sur les figures 1 et 2, l'axe de rotation 36 de l'arbre de pivotement 14 n'est pas disposé selon la direction 10 du vent mais de préférence dans un plan perpendiculaire à la direction 10 du vent. Dans ce cas, comme illustré sur la figure 2, l'arbre de pivotement 14 est disposé perpendiculairement à l'axe longitudinal 22 du carénage, de préférence dans le prolongement du pylône 18. Selon une autre variante illustrée sur les figures 3 et 4, l'axe de rotation 36 de l'arbre de pivotement 14 est disposé sensiblement horizontalement, de préférence selon la direction 10 du vent. Dans ce cas, comme illustré sur la figure 4, l'arbre de pivotement 14 est disposé selon l'axe longitudinal 22 du carénage. Selon une caractéristique importante de l'invention, le carénage 24 comprend au niveau d'au moins une partie de la paroi intérieure 28 une couche poreuse acoustiquement résistive 38, et selon la direction radiale, au moins une structure alvéolaire 40 et une couche réflectrice ou imperméable 42. Cet agencement permet de limiter l'impact des nuisances sonores, en absorbant une partie de l'énergie sonore produite notamment par le mouvement de rotation des moyens 16 utilisés pour transformer la force du vent en mouvement de rotation de l'arbre de pivotement 14, notamment en utilisant le principe des résonateurs d'Helmholtz. Par couche, on entend une ou plusieurs couches de même nature ou non. La couche poreuse acoustiquement résistive 38 est une structure poreuse ayant un rôle dissipatif, transformant partiellement l'énergie acoustique de l'onde sonore la traversant en chaleur. Elle comprend des zones dites ouvertes susceptibles de laisser passer les ondes acoustiques et d'autres dites fermées ou pleines ne laissant pas passer les ondes sonores mais destinées à assurer la résistance mécanique de ladite couche.

Selon un mode de réalisation, la structure alvéolaire 40 est une structure en nid d'abeilles et la couche réflectrice 42 est une plaque ou une tôle non perforée. De préférence, la paroi extérieure 30 forme la couche réflectrice 42 si bien que l'espace entre la paroi intérieure 28 et la paroi extérieure 30 peut être utilisé pour le traitement acoustique. Avantageusement, au moins localement entre la paroi intérieure 28 et la paroi extérieure 30, plusieurs structures alvéolaires 40 sont superposées entre les parois intérieure 28 et extérieure 30, séparées par des couches poreuses acoustiquement résistives intercalaires, appelées septum 44. Ainsi, au moins localement, le carénage est constitué radialement d'une structure en sandwich comportant une couche poreuse acoustiquement résistive 38 au niveau de la paroi intérieure 32, plusieurs structures alvéolaires 40 séparées par des couches poreuses acoustiquement résistives 44 et une couche réflectrice 42 au niveau de la paroi extérieure 30. Ce mode de réalisation permet d'optimiser le traitement acoustique en élargissant la gamme de fréquences traitées, les structures alvéolaires ayant des épaisseurs différentes en fonction des différentes fréquences. Pour la suite de la description, on entend par plan des pâles 46, le plan perpendiculaire à l'axe longitudinal 22 du carénage et contenant l'axe de rotation 36 de l'arbre de pivotement 14 selon la variante illustrée sur les figures 1 et 2, ou le plan de rotation des pâles, perpendiculaire à l'axe longitudinal 22 du carénage, selon la variante illustrée sur les figures 3 et 4. La corde 48 réunissant les points du carénage les plus en amont est sensiblement circulaire et contenue dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal 22 séparé d'une distance L du plan des pâles 46. La corde 50 réunissant les points du carénage les plus en aval est sensiblement circulaire et contenue dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal 22 séparé d'une distance L' du plan des pâles 46.

De préférence, les distances L et L' sont sensiblement identiques. Avantageusement, la surface de la paroi intérieure 28 du carénage s'étendant depuis la corde 48 jusqu'à la corde 50 comprend une structure en sandwich comportant une couche poreuse acoustiquement résistive 38 au moins une structure alvéolaire 40 et une couche réflectrice ou imperméable 42. Avantageusement, le rapport L/D est inférieur ou égale à 1, b étant le diamètre du conduit.

Claims

REVENDICATIONS1. Aérogénérateur utilisant la force du vent pour générer de l'électricité, comprenant d'une part un arbre de pivotement (14) supportant des moyens (16) pour transformer la force du vent en mouvement de rotation dudit arbre de pivotement (14), et d'autre part, un conduit (20) dans lequel est placé l'arbre de pivotement (14), avec un axe longitudinal (22) sensiblement horizontal et délimité par un carénage (24) comportant de manière concentrique une paroi intérieure (28) qui délimite ledit conduit (20) et une paroi extérieure (30), caractérisé en ce que le carénage (24) comprend au niveau d'au moins une partie de la paroi intérieure (28) une couche poreuse acoustiquement résistive (38), et selon la direction radiale, au moins une structure alvéolaire (40) et une couche réflectrice ou imperméable (42).
2. Aérogénérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins localement entre la paroi intérieure (28) et la paroi extérieure (30) du carénage, plusieurs structures alvéolaires (40) sont superposées et séparées par des couches poreuses acoustiquement résistives intercalaires (44).
3. Aérogénérateur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins localement entre la paroi intérieure (28) et la paroi extérieure (30) du carénage, plusieurs structures alvéolaires (40) sont superposées et séparées par des couches poreuses acoustiquement résistives intercalaires (44), la paroi extérieure (30) assurant la fonction de couche réflectrice ou imperméable (42).
4. Aérogénérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parois intérieure (28) et extérieure (30) se rejoignent en amont de manière à former un profil courbe en C délimitant une entrée d'air (32).
5. Aérogénérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parois intérieure (28) et extérieure (30) se rejoignent en aval de manière à former un profil effilé délimitant une sortie d'air (34).
6. Aérogénérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (16) pour transformer la force du vent en mouvement de rotation dudit arbre de pivotement (14) sont disposés sensiblement à équidistance d'un premier plan contenant une corde (48) réunissant les points du carénage les plus en amont et d'un second plan contenant une corde (50) réunissant les points du carénage les plus en aval.
7. Aérogénérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport L/b est inférieur ou égal à 1, b étant le diamètre du conduit (20) et L étant la distance séparant un premier plan contenant une corde (48) réunissant les points du carénage les plus en amont et les moyens (16) pour transformer la force du vent en mouvement de rotation dudit arbre de pivotement (14).