FR2876752A1

FR2876752A1 - Variable pitch mechanical device for wind turbine, has sliding hub carrying blade shanks including flange and toothed sector that is actuated by rack integrated to guide pin held by fixed hub, and centrifugal regulators connecting two hubs

Info

Publication number: FR2876752A1
Application number: FR0411067A
Authority: FR
Inventors: Michel Bourriaud
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2006-04-21
Anticipated expiration: 2010-10-19
Also published as: FR2876752B3

Abstract

The device has a sliding hub (3) carrying cylindrical blade shanks (4), each provided with a flange (5) and a toothed sector (6) that is actuated by a rack (7) integrated to a guide pin (8). The pin (8) is held by a fixed hub (2) and situated parallel to a guide pin (9), where the shanks and pins are maintained in the sliding hub by a screwed cover. Centrifugal regulators (11) provided with springs (12) connect the two hubs.

Description

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La présente invention appartient au domaine des éoliennes à axe de rotation sensiblement dans la direction du vent; elle se rapporte à un dispositif mécanique de pas variable pour la régulation de la vitesse de rotation d'une éolienne par orientation mécanique des pales. The present invention belongs to the field of wind turbines with rotation axis substantially in the direction of the wind; it relates to a variable pitch mechanical device for regulating the speed of rotation of a wind turbine by mechanical orientation of the blades.

Art antérieur La régulation de la vitesse de rotation des éoliennes à axe moteur sensiblement dans la direction du vent se fait le plus souvent par orientation des pales soit par des systèmes mécaniques utilisant la force centrifuge soit à l'aide de servomoteurs ou vérins commandés par des équipements de régulation. Les systèmes mécaniques suffisent en général pour les éoliennes de diamètres inférieurs à dix mètres, mais ils présentent comme inconvénients leur masse ainsi que la lenteur de réaction en cas de rafale. PRIOR ART Regulation of the rotation speed of wind turbines with a motor axis substantially in the direction of the wind is most often done by orienting the blades either by mechanical systems using centrifugal force or by means of servomotors or jacks controlled by regulation equipment. Mechanical systems are generally sufficient for wind turbines with diameters of less than ten meters, but they have the disadvantage of their mass as well as the slowness of reaction in case of gust.

Exposé général de l'invention La présente invention concerne un dispositif mécanique de pas variable réalisant la régulation de la vitesse de rotation d'une éolienne par orientation des pales sous l'action combinée d'une part de la poussée du vent sur les pales et d'autre part de régulateurs centrifuges. Le dispositif mécanique de la présente invention comporte: - un arbre de rotation d'éolienne muni de cannelures ou glissières ou rainures sur la partie de sa longueur correspondant à la plage de déplacement du moyeu coulissant. GENERAL DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a mechanical device of variable pitch realizing the regulation of the speed of rotation of a wind turbine by orientation of the blades under the combined action on the one hand of the thrust of the wind on the blades and on the other hand centrifugal regulators. The mechanical device of the present invention comprises: - a wind turbine rotation shaft provided with grooves or slides or grooves on the part of its length corresponding to the displacement range of the sliding hub.

- un moyeu constitué de deux parties, l'une fixe sur l'arbre de rotation, l'autre coulissant sur l'arbre et transmettant le mouvement de rotation des pales. Le moyeu coulissant est muni de cannelures ou glissières ou rainures à clavettes. Le moyeu coulissant porte plusieurs pieds de pales perpendiculaires à l'arbre de l'éolienne et mobiles en rotation autour de leur axe. Chaque pied de pale comporte à sa base un épaulement et un secteur denté. Le secteur denté est en contact avec une crémaillère solidaire d'une tige-guide fixée au moyeu fixe. Lorsque le moyeu coulissant est en translation le secteur denté est mis en rotation par la crémaillère. De l'autre côté du pied de pale une deuxième tige-guide est fixée au moyeu fixe. Des couvercles fixés au moyeu coulissant maintiennent en position les pieds de pales et les tiges-guides. - A hub consisting of two parts, one fixed on the rotation shaft, the other sliding on the shaft and transmitting the rotational movement of the blades. The sliding hub is provided with splines or slideways or keyways. The sliding hub carries several feet of blades perpendicular to the shaft of the wind turbine and rotatable about their axis. Each blade root has at its base a shoulder and a toothed sector. The toothed sector is in contact with a rack secured to a guide rod fixed to the fixed hub. When the sliding hub is in translation, the toothed sector is rotated by the rack. On the other side of the blade root a second guide rod is fixed to the fixed hub. Lids attached to the sliding hub hold the blade roots and guide rods in place.

- un régulateur centrifuge pour chaque pied de pale relie le moyeu coulissant au moyeu fixe. En variante les régulateurs centrifuges peuvent être remplacés par un vérin électrique ou électro-hydraulique. - A centrifugal regulator for each blade root connects the sliding hub to the fixed hub. Alternatively the centrifugal regulators can be replaced by an electric or electro-hydraulic cylinder.

Enoncé des figures La figure 1 représente une vue de dessus d'un moyeu d'éolienne à deux pales, 2876752 -2- couvercle du moyeu coulissant enlevé et moyeu coulissant en position demi- translation: longueur du déplacement effectué égal à L/2. DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 represents a top view of a two-blade wind turbine hub, sliding hub cover removed and sliding hub in half-translation position: length of displacement made equal to L / 2.

La figure 2 représente une vue partielle d'un moyeu d'éolienne à deux pales, le moyeu coulissant étant représenté en coupe par un plan passant par l'axe de rotation de l'éolienne et l'axe du pied de pale; la partie située au-delà du moyeu coulissant: régulateur centrifuge et moyeu fixe n'étant pas représentée en coupe. Figure 2 shows a partial view of a wind turbine hub with two blades, the sliding hub being shown in section through a plane passing through the axis of rotation of the wind turbine and the axis of the blade root; the part beyond the sliding hub: centrifugal governor and fixed hub not shown in section.

Exposé détaillé de l'invention Le dispositif mécanique de pas variable conforme à l'invention comporte: - un arbre de rotation (1) d'éolienne muni de cannelures ou glissières ou rainures sur la partie de sa longueur correspondant à la plage de déplacement du moyeu coulissant. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The variable pitch mechanical device according to the invention comprises: a wind turbine rotation shaft (1) provided with grooves or grooves on the part of its length corresponding to the displacement range of the wind turbine. sliding hub.

- un moyeu constitué de deux parties, l'une moyeu fixe (2) solidaire de l'arbre de rotation, l'autre moyeu coulissant (3) se déplaçant le long d'une partie de l'arbre de rotation (1) ; ce moyeu coulissant percé en son centre dans le sens longitudinal pour le passage de l'arbre est muni de cannelures ou glissières ou rainures à clavettes au droit de la plage de déplacement sur l'arbre. Le moyeu coulissant transmet le mouvement de rotation des pales à l'arbre (1) de l'éolienne. Le moyeu coulissant (3) porte plusieurs pieds de pales (4) cylindriques perpendiculaires à l'arbre de rotation de l'éolienne, mobiles en rotation autour de leurs axes et munis chacun d'un épaulement (5) et d'un secteur denté (6) à leur base côté arbre de rotation (1). Le secteur denté (6) est mis en rotation par une crémaillère (7) solidaire d'une tige-guide (8) fixée au moyeu fixe (2) et libre dans le sens longitudinal dans le moyeu coulissant (3). La translation du moyeu coulissant entraîne la rotation des pieds de pales. Du côté opposé à la tige-guide (8) par rapport au pied de pale (4) une deuxième tige-guide (9), libre dans le sens longitudinal dans le moyeu coulissant, sert à guider le moyeu coulissant et à équilibrer les efforts. - A hub consisting of two parts, one fixed hub (2) integral with the rotation shaft, the other sliding hub (3) moving along a portion of the rotation shaft (1); this sliding hub drilled at its center in the longitudinal direction for the passage of the shaft is provided with splines or grooves or keyways to the right of the range of movement on the shaft. The sliding hub transmits the rotational movement of the blades to the shaft (1) of the wind turbine. The sliding hub (3) carries a plurality of cylindrical blade roots (4) perpendicular to the rotation shaft of the wind turbine, rotatable about their axes and each provided with a shoulder (5) and a toothed sector. (6) at their base on the shaft side (1). The toothed sector (6) is rotated by a rack (7) integral with a guide rod (8) fixed to the fixed hub (2) and free in the longitudinal direction in the sliding hub (3). The translation of the sliding hub causes the rotation of the blade roots. On the opposite side to the guide rod (8) relative to the blade root (4) a second guide rod (9), free in the longitudinal direction in the sliding hub, serves to guide the sliding hub and to balance the forces .

- un couvercle (10), pour chaque pied de pale, est boulonné au moyeu coulissant (3) pour maintenir le pied de pale (4) et les tiges-guides (8, 9) dans leurs logements. Ce couvercle (10) est muni au niveau de chaque pied de pale d'une butée et d'un palier lisse. - A cover (10) for each blade root is bolted to the sliding hub (3) to maintain the blade root (4) and the guide rods (8, 9) in their housing. This cover (10) is provided at each blade root with a stop and a plain bearing.

- à chaque pied de pale correspond un régulateur centrifuge (11) reliant le moyeu coulissant (3) au moyeu fixe (2) ; les ressorts (12) du régulateur centrifuge sont situés autour des tiges-guides (8,9). at each blade root corresponds a centrifugal regulator (11) connecting the sliding hub (3) to the fixed hub (2); the springs (12) of the centrifugal regulator are located around the guide rods (8, 9).

Il doit être entendu que la description qui précède est donnée à titre 35 d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne 2876752 -3- sortirait pas en remplaçant les organes et équipements décrits par d'autres équivalents. It should be understood that the foregoing description is given by way of example and in no way limits the scope of the invention which would not be overcome by replacing the components described by others. equivalents.

Principes de fonctionnement Lorsque l'éolienne est en rotation sous l'effet du vent, la variation angulaire des pales est obtenue par la rotation des pieds de pales entrainée par les crémaillères fixes par rapport au moyeu coulissant qui recule ou avance par rapport au vent sous l'effet de la pousée du vent sur les pales et l'action des régulateurs centrifuges. En cas de rafale de vent, la régulation de la vitesse de rotation de l'éolienne s'éffectue ainsi plus rapidement et de façon plus éfficace que sous le seul effet d'un régulateur centrifuge. Principles of operation When the wind turbine is rotating under the effect of the wind, the angular variation of the blades is obtained by the rotation of the feet of blades driven by the fixed racks relative to the sliding hub which recoils or advances with respect to the wind under the effect of the wind pushing on the blades and the action of the centrifugal regulators. In the event of a gust of wind, the speed of rotation of the wind turbine is thus controlled more quickly and more efficiently than under the sole effect of a centrifugal governor.

Application industrielle La présente invention, qui combine la poussée du vent sur les pales d'une éolienne à axe de rotation sensiblement dans la direction du vent et l'action de régulateurs centrifuges, permet de réduire les masses et inerties des dispositifs mécaniques de pas variable équipant les éoliennes de taille moyenne c'est à dire de diamètres sensiblement inférieurs à quinze mètres. Industrial Application The present invention, which combines the thrust of the wind on the blades of a wind turbine with a rotation axis substantially in the direction of the wind and the action of centrifugal regulators, makes it possible to reduce the masses and inertias of the mechanical devices of variable pitch. equipping the wind turbines of average size, ie diameters substantially less than fifteen meters.

Claims

-4-CLAIMS

1 - Mechanical variable pitch device for a wind turbine with a rotation axis substantially in the direction of the wind characterized by the combined action of the thrust of the wind on the blades and centrifugal regulators, device comprising a rotating shaft (1) of a wind turbine driven by a hub in two parts the one fixed hub (2) on the shaft of rotation, the other sliding hub (3) transmitting the movement of the blades to the rotation shaft (1). The sliding hub carries a plurality of cylindrical blade roots (4) movable in rotation about their axes and each provided with a shoulder (5) and a toothed sector (6) actuated by a rack (7) integral with a guide rod (8) held by the fixed hub (2) and free in the sliding hub. For each blade root a second guide rod (9) is parallel to the guide rod (8). Each blade root (4) and the guide rods (8, 9) are held at the sliding hub (3) by a bolted cover (10). At the right of each blade root a centrifugal regulator (11) provided with springs (12) connects the sliding hub (3) to the fixed hub (2).

2 - mechanical variable pitch device for a wind turbine with a motor axis substantially in the wind direction according to claim 1, characterized in that the centrifugal regulators (11) connecting the sliding hub (3) to the fixed hub (2) are replaced by a actuator of the electric or electro-hydraulic type.