FR2850137A1 - Wind turbine head, has blades assembled in hub for their natural movement with respect to rotor plane against compression resistance of elastic mass, which is supported against blade ends and hub - Google Patents
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Abstract
Description
ii
La présente invention est du domaine des mécanismes moteurs à vent, avec axe de rotation sensiblement dans la direction du vent. Elle a pour objet une tête d'éolienne dont le rotor est prévu pour être installée en arrière d'un pylône porteur, par rapport au sens du vent. The present invention is in the field of wind motor mechanisms, with an axis of rotation substantially in the wind direction. It relates to a wind turbine head whose rotor is intended to be installed behind a supporting pylon, with respect to the direction of the wind.
On rappelle qu'une tête d'éolienne est prévue pour être installée au sommet d'un pylône et comprend un rotor équipé de pales pour son entraînement en rotation sous l'effet du vent. On rappelle que l'on connaît parmi les têtes d'éolienne celles dont l'axe de rotation du rotor est sensiblement orienté dans la direction du vent. Recall that a wind turbine head is intended to be installed at the top of a pylon and includes a rotor equipped with blades for its rotational drive under the effect of the wind. Recall that we know among the wind turbine heads those whose axis of rotation of the rotor is substantially oriented in the direction of the wind.
Un problème posé réside dans le choix du montage de la tête d'éolienne sur le pylône. En effet, il est nécessaire de choisir la disposition de la tête d'éolienne en amont ou en aval du pylône: dans le cas d'une disposition " amont " de la tête d'éolienne, le pylône est situé en arrière du rotor, avec l'avantage que l'ensemble du rotor est uniformément soumis à la force du 15 vent, mais avec l'inconvénient de l'utilisation rendue nécessaire d'un safran pour orienter le rotor face au vent; dans le cas d'une disposition " aval " de la tête d'éolienne, le pylône est situé en avant du rotor, avec l'avantage de dispenser l'éolienne de l'utilisation d'un safran mais avec l'inconvénient de faire obstacle au passage du vent vers le rotor. Cet obstacle a pour effet de générer des 20 perturbations indésirables sur la rotation uniforme du rotor, avec pour conséquences la production de vibrations dommageables et en corollaire un risque de rupture de pales, dans leur zone, ou pied de pale, de jonction avec le moyeu du rotor notamment. A problem posed lies in the choice of mounting the wind turbine head on the pylon. Indeed, it is necessary to choose the arrangement of the wind turbine head upstream or downstream of the pylon: in the case of an "upstream" arrangement of the wind turbine head, the pylon is located behind the rotor, with the advantage that the entire rotor is uniformly subjected to the force of the wind, but with the disadvantage of the necessary use of a rudder to orient the rotor facing the wind; in the case of a "downstream" arrangement of the wind turbine head, the pylon is located in front of the rotor, with the advantage of exempting the wind turbine from the use of a rudder but with the drawback of making obstacle to the passage of wind towards the rotor. This obstacle has the effect of generating undesirable disturbances on the uniform rotation of the rotor, with the consequences of producing damaging vibrations and, as a corollary, a risk of blades breaking, in their area, or blade root, of junction with the hub. rotor in particular.
Par ailleurs, une difficulté à surmonter dans le 25 domaine réside dans un agencement du rotor visant à faire varier selon la force du vent l'inclinaison des pales sur elles-mêmes, en vue du réglage de leur pas. Une solution courante proposée dans le domaine consiste à équiper individuellement les pales par de masselottes, qui provoquent spontanément le pivotement des pales sur elles-mêmes selon la vitesse de rotation du rotor, à l'encontre de 30 moyens élastiques de rappel. Un problème à résoudre réside dans la nécessité d'avoir à concilier un tel aménagement du rotor, tout en lui conférant une structure qui doit rester simple et légère, et qui soit néanmoins suffisamment robuste pour préserver les pales. Furthermore, a difficulty to be overcome in the field resides in an arrangement of the rotor aimed at varying the inclination of the blades on themselves according to the force of the wind, with a view to adjusting their pitch. A common solution proposed in the field consists of individually fitting the blades with weights, which spontaneously cause the blades to pivot about themselves according to the speed of rotation of the rotor, against 30 elastic return means. A problem to be solved lies in the need to have to reconcile such an arrangement of the rotor, while giving it a structure which must remain simple and light, and which is nevertheless robust enough to preserve the blades.
Par ailleurs encore, il est connu d'articuler les pales sur le moyeu du rotor pour autoriser leur basculement dans le plan général du rotor sous l'effet du vent et de la force centrifuge ainsi que sous l'effet du moment gyroscopique. Ce basculement naturel s'effectue entre une position 5 initiale de repos dans laquelle les pales sont inclinées vers l'arrière au regard du plan général du rotor, et une position de fonctionnement dans laquelle les pales tendent à se redresser dans ce plan, orthogonal à l'axe de rotation du rotor. Furthermore, it is also known to articulate the blades on the rotor hub to allow their tilting in the general plane of the rotor under the effect of wind and centrifugal force as well as under the effect of the gyroscopic moment. This natural tilting takes place between an initial position of rest in which the blades are inclined towards the rear with respect to the general plane of the rotor, and an operating position in which the blades tend to straighten in this plane, orthogonal to the axis of rotation of the rotor.
Enfin, il a été proposé par l'art antérieur d'utiliser des masses élastiques d'interposition entre le moyeu du rotor et les pales, pour 10 constituer des moyens de rappel des pales en position initiale de repos, ou encore pour rompre la rigidité de la liaison entre le moyeu et les pales. Finally, it has been proposed by the prior art to use elastic masses of interposition between the hub of the rotor and the blades, to constitute means for returning the blades to the initial rest position, or else to break the rigidity. of the connection between the hub and the blades.
Cette solution présente l'avantage de réaliser une jonction entre les pales et le moyeu du rotor simple et légère. Cependant, l'agencement entre les masses souples d'interposition avec les pales d'une part et 15 avec le moyeu d'autre part reste délicat à mettre en oeuvre, eu égard non seulement aux problèmes susvisés d'avoir à réaliser un rotor simple et non massif et d'avoir à prendre en compte les vibrations induites dans le cas d'un montage aval du rotor, mais aussi d'avoir à favoriser une mise sous contrainte des masses souples qui soit homogène et cohérente les unes par rapport aux autres, tout en 20 évitant un risque de balourd du rotor. This solution has the advantage of creating a junction between the blades and the simple and light rotor hub. However, the arrangement between the flexible masses for interposition with the blades on the one hand and with the hub on the other hand remains difficult to implement, having regard not only to the abovementioned problems of having to produce a simple rotor. and not massive and to have to take into account the vibrations induced in the case of a downstream assembly of the rotor, but also to have to favor a setting under stress of the flexible masses which is homogeneous and coherent with respect to each other , while avoiding a risk of unbalance of the rotor.
On pourra notamment se reporter aux documents FR2569243 (AUBERTIN) et FR2372972 (AEROWATT) pour connaître un environnement technologique proche de celui de la présente invention. Reference may in particular be made to documents FR2569243 (AUBERTIN) and FR2372972 (AEROWATT) for a technological environment close to that of the present invention.
Le but général de la présente invention est de 25 proposer une tête d'éolienne à axe horizontal, c'est à dire sensiblement dans la direction du vent, dont le rotor est prévu pour être disposé en arrière d'un pylône porteur, dont la structure permet d'obvier aux problèmes susvisés. Plus particulièrement, il est visé par la présente invention de proposer un montage robuste des pales sur le moyeu du rotor, pour éviter une rupture habituellement 30 fréquente dans la zone de leur pied, sans pour autant que ce montage robuste n'induise pour une telle tête d'éolienne un encombrement et une masse inopportuns, ni ne favorise un balourd dans la zone du moyeu du rotor. The general object of the present invention is to provide a wind turbine head with a horizontal axis, that is to say substantially in the direction of the wind, the rotor of which is intended to be disposed behind a supporting pylon, the structure makes it possible to obviate the abovementioned problems. More particularly, it is the object of the present invention to propose a robust mounting of the blades on the hub of the rotor, in order to avoid a breakage usually frequent in the region of their base, without this rugged mounting leading to such a wind turbine head an undesirable bulk and mass, nor does it promote an imbalance in the area of the rotor hub.
Un but particulier de la présente invention est de proposer une telle tête d'éolienne équipée de moyens pour absorber les vibrations provoquées par le passage des pales devant le pylône, en relation avec un montage robuste et néanmoins simple des pales sur le moyeu du rotor, sans que 5 ce montage robuste et simple ne porte atteinte à la mobilité des pales, tant en pivotement sur elles-mêmes, qu'en basculement dans un plan général sensiblement orthogonal à l'axe de rotation du rotor. A particular object of the present invention is to propose such a wind turbine head equipped with means for absorbing the vibrations caused by the passage of the blades in front of the pylon, in connection with a robust and nevertheless simple mounting of the blades on the hub of the rotor, without this robust and simple assembly 5 affecting the mobility of the blades, both in pivoting on themselves, and in tilting in a general plane substantially orthogonal to the axis of rotation of the rotor.
Un autre but particulier de la présente invention est de proposer un agencement d'une tête d'éolienne comportant des masses 10 souples d'interposition entre les pales et le rotor, qui tende à homogénéiser les contraintes que ces masses souples sont susceptibles de subir, tant pour chacune d'elles que les unes vis à vis des autres, et qui évite un balourd dans la zone du moyeu du rotor. Another particular object of the present invention is to propose an arrangement of a wind turbine head comprising flexible masses 10 for interposition between the blades and the rotor, which tends to homogenize the stresses which these flexible masses are liable to undergo, both for each of them and with respect to each other, and which avoids an imbalance in the area of the rotor hub.
La tête d'éolienne de la présente invention 15 comporte un rotor à axe de rotation sensiblement dans la direction du vent. Cette tête d'éolienne est aménagée pour être installée en arrière d'un pylône porteur. Le rotor comprend un moyeu sur lequel sont rapportées des pales et des moyens de réglage du pas des pales. Ces moyens associent des masselottes affectées à chacune des pales pour les faire pivoter sur elles-mêmes, à l'encontre de moyens 20 élastiques de rappel des pales en position initiale. Les pales sont en outre individuellement articulées en basculement sur le moyeu par rapport au plan général du rotor, pour leur débattement naturel d'avant en arrière sous l'effet du vent et de la force centrifuge ainsi que sous l'effet du moment gyroscopique. The wind turbine head of the present invention comprises a rotor with an axis of rotation substantially in the direction of the wind. This wind turbine head is designed to be installed behind a supporting pylon. The rotor comprises a hub on which blades are attached and means for adjusting the pitch of the blades. These means associate weights assigned to each of the blades to rotate them on themselves, against elastic means 20 for returning the blades to the initial position. The blades are also individually articulated in tilting on the hub with respect to the general plane of the rotor, for their natural deflection from front to back under the effect of wind and centrifugal force as well as under the effect of the gyroscopic moment.
Selon la présente invention, les pales sont 25 chacune assemblées au moyeu par l'intermédiaire d'une chape d'articulation pour leur basculement naturel par rapport au plan général du rotor. Ce basculement est provoqué sous l'effet du vent et de la force centrifuge ainsi que sous l'effet du moment gyroscopique à l'encontre de la résistance à la compression d'une première masse élastique d'interposition qui est disposée en prolongement de la 30 pale. Cette masse élastique est en appui contre le bout de la pale d'une part et contre le moyeu d'autre part, pour absorber les vibrations provoquées par le passage de la pale devant le pylône. According to the present invention, the blades are each assembled to the hub by means of an articulation yoke for their natural tilting with respect to the general plane of the rotor. This tilting is caused under the effect of wind and centrifugal force as well as under the effect of the gyroscopic moment against the resistance to compression of a first elastic interposing mass which is arranged as an extension of the 30 pale. This elastic mass bears against the tip of the blade on the one hand and against the hub on the other hand, to absorb the vibrations caused by the passage of the blade in front of the pylon.
Selon une forme préférée de réalisation, la chape est porteuse de la pale en étant articulée sur le moyeu par l'intermédiaire de ses pattes. La première masse élastique d'interposition prend appui contre le bout de la pale par l'intermédiaire du fond de la chape, et contre le moyeu. According to a preferred embodiment, the yoke carries the blade while being articulated on the hub by means of its legs. The first elastic interposing mass bears against the tip of the blade via the bottom of the yoke, and against the hub.
Selon un autre aspect de la présente invention, la chape est porteuse de la pale par l'intermédiaire d'un manchon monté tournant autour d'un doigt de la chape, qui est disposé en prolongement médian de ses pattes. Les masselottes sont rapportées sur ce manchon pour le pivotement de la pale sur elle-même. According to another aspect of the present invention, the yoke carries the blade by means of a sleeve mounted rotating around a finger of the yoke, which is arranged in the middle extension of its legs. The weights are attached to this sleeve for the pivoting of the blade on itself.
Les moyens élastiques de rappel des pales sur elles-mêmes en position initiale comprennent avantageusement un bras de liaison entre deux pales opposées. Ce bras de liaison est monté flottant sur le moyeu, à l'encontre de la compression d'un organe élastique de rappel constitué, pour chacune des pales, d'une deuxième masse élastique. Cette deuxième masse 15 élastique est placée en compression entre deux éléments distants, l'un solidaire du bras de liaison et l'autre relié latéralement au manchon porteur de la pale, en des points opposés de l'une à l'autre des pales. Ce montage des pâles en vue du réglage de leur pas est tel que leur pivotement sur elles-mêmes, et donc que le pivotement des manchons, provoque une compression concomitante de l'organe 20 élastique de rappel affecté à chacune des pales opposées, le montage flottant du bras de liaison autorisant ces pivotement et compression. The elastic return means of the blades on themselves in the initial position advantageously comprise a link arm between two opposite blades. This link arm is mounted floating on the hub, against the compression of an elastic return member consisting, for each of the blades, of a second elastic mass. This second elastic mass 15 is placed in compression between two distant elements, one integral with the link arm and the other connected laterally to the bearing sleeve of the blade, at points opposite one of the other blades. This mounting of the blades with a view to adjusting their pitch is such that their pivoting on themselves, and therefore that the pivoting of the sleeves, causes concomitant compression of the elastic return member assigned to each of the opposite blades, the mounting floating link arm allowing these pivoting and compression.
Selon une forme préférée de réalisation des deuxièmes masses élastiques affectées aux pâles, celles-ci sont chacune globalement conformées en cylindre, dont l'extension est sensiblement parallèle à 25 l'axe de rotation du rotor On notera que pour simplifier la structure de la tête d'éolienne, le bras de liaison est préférentiellement monté pivotant sur le moyeu, coaxialement à l'axe de rotation du rotor. According to a preferred embodiment of the second elastic masses assigned to the blades, the latter are each generally shaped as a cylinder, the extension of which is substantially parallel to the axis of rotation of the rotor. It will be noted that to simplify the structure of the head wind turbine, the link arm is preferably pivotally mounted on the hub, coaxially with the axis of rotation of the rotor.
Les éléments distants sont avantageusement 30 constitués, pour l'un d'un socle rapporté sur le bras de liaison et pour l'autre d'une platine prenant appui sur la face correspondante de la deuxième masse élastique. The remote elements are advantageously made up, for one of a base attached to the link arm and for the other of a plate bearing on the corresponding face of the second elastic mass.
Cet appui de la platine est réalisé par l'intermédiaire d'une tige, qui est reliée au manchon et qui traverse librement la deuxième masse élastique. La tige est notamment reliée au manchon par l'intermédiaire d'une articulation flottante, telle qu'en rotule ou par l'intermédiaire d'une troisième masse élastique. This support of the plate is produced by means of a rod, which is connected to the sleeve and which freely crosses the second elastic mass. The rod is in particular connected to the sleeve by means of a floating articulation, such as in a ball joint or by means of a third elastic mass.
Grâce à ces dispositions, et en combinaison avec le montage flottant du bras de liaison sur le moyeu du rotor et nonobstant la présence de la première masse élastique, les pales sont montées librement pivotantes sur elles-mêmes sur le moyeu du rotor. Thanks to these arrangements, and in combination with the floating mounting of the link arm on the rotor hub and notwithstanding the presence of the first elastic mass, the blades are mounted to pivot freely on themselves on the rotor hub.
La présente invention sera mieux comprise, et des détails en relevant apparaîtront, à la description qui va en être faite d'une forme préférée de réalisation, en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles: La fig.1 est une représentation en perspective 15 d'une tête d'éolienne selon la présente invention. The present invention will be better understood, and details will become apparent from the description which will be made of a preferred embodiment, in relation to the figures in the appended plates, in which: FIG. 1 is a representation in perspective 15 of a wind turbine head according to the present invention.
Les fig.2 et fig.3 sont des vues partielles d'un rotor, respectivement en coupe longitudinale médiane et de côté, de la tête d'éolienne représentée sur la fig.1. Fig.2 and Fig.3 are partial views of a rotor, respectively in median longitudinal section and side, of the wind turbine head shown in Fig.1.
Sur la fig.1, une tête d'éolienne est aménagée 20 pour être montée au sommet et à l'arrière d'un pylône 1 par rapport au sens du vent (flèche A) . Cette tête d'éolienne comporte un rotor 2, comprenant un couple de pâles 3 et 4, qui sont supportées en opposition par un moyeu 5. Ces pâles 3,4 sont non seulement pivotantes sur elles-mêmes (flèches B) en vue du réglage de leur pas, mais sont montées basculantes (flèches C) par rapport au plan général 25 du rotor 2, pour leur débattement naturel d'avant en arrière sous l'effet du vent et de la force centrifuge ainsi que sous l'effet du moment gyroscopique. In fig.1, a wind turbine head is arranged to be mounted at the top and at the rear of a pylon 1 relative to the direction of the wind (arrow A). This wind turbine head comprises a rotor 2, comprising a pair of blades 3 and 4, which are supported in opposition by a hub 5. These blades 3, 4 are not only pivotable on themselves (arrows B) for adjustment of their pace, but are tilted (arrows C) relative to the general plane 25 of the rotor 2, for their natural movement from front to back under the effect of wind and centrifugal force as well as under the effect of the moment gyroscopic.
Sur les figures, les pâles 3,4 sont chacune articulées sur le moyeu 5 par l'intermédiaire d'une chape, telle que 6, pour leur basculement. Ces chapes 6 comportent des pattes, telles que 7, pour leur liaison 30 au moyeu 5 du rotor 2, et un doigt de liaison 8 avec la pâle correspondante 3,4. In the figures, the blades 3,4 are each articulated on the hub 5 by means of a yoke, such as 6, for their tilting. These yokes 6 have lugs, such as 7, for their connection 30 to the hub 5 of the rotor 2, and a connecting finger 8 with the corresponding blade 3,4.
Une première masse élastique, telle que 9, est interposée entre le bout des pâles 3,4 et dans leur prolongement en prenant appui en fond de chape 6, et le moyeu 5. A first elastic mass, such as 9, is interposed between the end of the blades 3, 4 and in their extension by bearing at the bottom of the yoke 6, and the hub 5.
Ces premières masses élastiques 9 constituent des moyens d'absorption des vibrations produites par le passage des pâles 3,4 devant le pylône 1 au cours de leur rotation, et des moyens de rappel des pâles 3,4 en position initiale de basculement vers l'arrière de la tête d'éolienne, à 5 l'encontre de la force centrifuge, de l'action du vent et de l'action du moment gyroscopique. These first elastic masses 9 constitute means for absorbing the vibrations produced by the passage of the blades 3,4 in front of the pylon 1 during their rotation, and means for returning the blades 3,4 to the initial tilting position towards the back of the wind turbine head, against the centrifugal force, the action of the wind and the action of the gyroscopic moment.
Par ailleurs, les pâles 3,4 sont chacune montées tournantes sur le doigt 8 de la chape correspondante 6 par l'intermédiaire d'un manchon, tel que 10, sur lequel est rapportée une masselotte respective 11, en 10 vue du réglage du pas des pales 3,4. Ces masselottes, à la manière habituelle dans le domaine, provoquent le pivotement des pâles sur elles-mêmes sous l'effet de la force centrifuge, à l'encontre de moyens de rappel. Furthermore, the blades 3, 4 are each mounted to rotate on the finger 8 of the corresponding yoke 6 by means of a sleeve, such as 10, on which a respective counterweight 11 is attached, for the purpose of adjusting the pitch. blades 3.4. These weights, in the usual way in the field, cause the blades to pivot about themselves under the effect of centrifugal force, against return means.
Ces moyens de rappels sont constitués par des deuxièmes masses élastiques, telles que 12, affectées à chacune des pâles 3,4. 15 Ces masses élastiques 12 sont notamment conformées en cylindre orienté sensiblement parallèlement à l'axe de rotation R du rotor 2. Ces deuxièmes masses élastiques 12 sont placées chacune en compression entre un socle, tel que 13, porté par un bras de liaison 14 des pâles 3,4 l'une à l'autre, et une platine 18 manoeuvrable par l'intermédiaire d'une tige 15, qui traverse coaxialement le 20 cylindre 12 qui est latéralement relié à la pâle 3,4 correspondante. These return means are constituted by second elastic masses, such as 12, assigned to each of the blades 3,4. These elastic masses 12 are in particular shaped as a cylinder oriented substantially parallel to the axis of rotation R of the rotor 2. These second elastic masses 12 are each placed in compression between a base, such as 13, carried by a link arm 14 of the pale 3,4 to one another, and a plate 18 maneuverable by means of a rod 15, which coaxially crosses the cylinder 12 which is laterally connected to the corresponding blade 3,4.
Le bras de liaison 13 est articulé en pivotement sur le moyeu 5 du rotor 2, coaxialement à l'axe de rotation R de ce dernier. The link arm 13 is pivotally articulated on the hub 5 of the rotor 2, coaxial with the axis of rotation R of the latter.
Les tiges 15 sont quant à elles reliées au manchon 10 porteur de la pâle 3,4 correspondante par l'intermédiaire d'une 25 articulation en rotule, telle que 16. Cette liaison est réalisée par l'intermédiaire d'un corps, tel que 17, supporté latéralement par le manchon 10 correspondant. On remarquera les dispositions des masselottes d'une part, et des corps de liaison entre les manchons et les tiges d'autre part, qui sont en opposition latérale de l'une à l'autre des pales. The rods 15 are in turn connected to the sleeve 10 carrying the corresponding blade 3.4 by means of a ball joint, such as 16. This connection is produced by means of a body, such as 17, supported laterally by the corresponding sleeve 10. Note the provisions of the weights on the one hand, and the connecting bodies between the sleeves and the rods on the other hand, which are in lateral opposition from one to the other of the blades.
Il en découle qu'un pivotement des manchons 10 sur eux-mêmes induit une traction concomitante sur les tiges 15 et un pivotement du bras de liaison 14, provoquant une compression des cylindres 12. It follows that a pivoting of the sleeves 10 on themselves induces a concomitant traction on the rods 15 and a pivoting of the connecting arm 14, causing compression of the cylinders 12.
Claims (8)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR0300428A FR2850137A1 (en) | 2003-01-16 | 2003-01-16 | Wind turbine head, has blades assembled in hub for their natural movement with respect to rotor plane against compression resistance of elastic mass, which is supported against blade ends and hub |
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| FR0300428A FR2850137A1 (en) | 2003-01-16 | 2003-01-16 | Wind turbine head, has blades assembled in hub for their natural movement with respect to rotor plane against compression resistance of elastic mass, which is supported against blade ends and hub |
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| Publication Number | Publication Date |
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| FR2850137A1 true FR2850137A1 (en) | 2004-07-23 |
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ID=32605785
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| FR0300428A Pending FR2850137A1 (en) | 2003-01-16 | 2003-01-16 | Wind turbine head, has blades assembled in hub for their natural movement with respect to rotor plane against compression resistance of elastic mass, which is supported against blade ends and hub |
Country Status (1)
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