FR2568948A1 - Articulated bearing structure for horizontal-axis wind machines - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne des perfectionnements apportés aux structures porteuses pour machines éoliennes, notamment à axe horizontal, et elle concerne plus spécialement l'architecture de la structure porteuse de telles machines. The invention relates to improvements made to the load-bearing structures for wind machines, in particular with a horizontal axis, and more particularly relates to the architecture of the load-bearing structure of such machines.
Il convient, avant d'aborder les dispositions principales de l'in invention, de rappeler les difficultés rencontrées à l'occasion de la conception et de l'exploitation des structures porteuses des éoliennes. Before approaching the main provisions of the invention, it is worth recalling the difficulties encountered during the design and operation of the load-bearing structures of wind turbines.
On entend ici, par les termes 'tmachine eolienne" eolienne" plus spécifiquement le rotor producteur d'énergie. The term “wind turbine” means more specifically the energy-producing rotor here.
L'observation du comportement de nombreuses machines éoliennes en exploitation1 notamment sous l'effet des vents forts, fait apparaître deux remarques essentielles
- La première découle de l'analyse des nombreux incidents de fonctionnement observ8s, En effet, la plupart des incidents, voire des accidents allant jusqu'a la destruction des machines1 sont dus au fait qu'aucune des machines observées n'étaient pourvues de dispositifs leur permettant de faire face aux subites accélérations du vent. Ces accélérations provoquent de véritables chocs sur les machines, notamment au niveau des attaches de pales de l'hélice car les systèmes de régulation du pas de l'hélice ne peuvent réagir suffisamment vite pour éviter l'effet de choc sur l'hélice au moment de la surpression due à la subite accélération.The observation of the behavior of many wind turbines in operation1 in particular under the effect of strong winds, reveals two essential remarks
- The first follows from the analysis of the numerous operating incidents observed8s, Indeed, most incidents, even accidents going as far as the destruction of the machines1 are due to the fact that none of the machines observed were provided with devices allowing them to cope with sudden accelerations of the wind. These accelerations cause real shocks on the machines, especially at the propeller blade attachments because the propeller pitch regulation systems cannot react quickly enough to avoid the impact effect on the propeller at the moment. overpressure due to sudden acceleration.
- La deuxième remarque concerne la difficulté d'accés aus machines la quasi totalité des machines sont implantées sur des structures fixes et rigides rendant les travaux de maintenance et les réparations excessivement difficiles et pénibles, et même parfois acrobatiques. - The second remark concerns the difficulty of access to the machines, almost all of the machines are located on fixed and rigid structures making maintenance and repair work excessively difficult and painful, and even sometimes acrobatic.
Une telle opération ne devrait durer que quelques minutes et ne devrait être effectuée que par un seul opérateur, alors que les moyens connus et répertoriés pour la visite d'une machine et sa mise à terre sont d'une durée supérieure à une ou deux heures et nécessitent plusieurs opérateurs. Such an operation should last only a few minutes and should only be carried out by a single operator, while the known and listed means for visiting a machine and grounding it take more than one or two hours. and require multiple operators.
I1 convient de rappeler également que de telles machines sont mises en place pour être exploitées pendant plusieurs années, voire plusieurs dizaines d'annees. It should also be remembered that such machines are put in place to be used for several years, even several tens of years.
Or de telles machines ont leur.structure porteuse soumises à des fatigues mécaniques très importantes dues aux subites accélérations du vent. However, such machines have their load-bearing structure subjected to very significant mechanical fatigue due to sudden acceleration of the wind.
Il convient de préciser, dans les pnénomènes subis par les machines éoliennes que "le vent", terme qui définit et matérialise le déplacement de l'air, est un phénomène qui n'est, ni constant, ni régulier, et est essentiellement variable. It should be specified, in the phenomena undergone by the wind machines that "the wind", term which defines and materializes the displacement of the air, is a phenomenon which is, neither constant, nor regular, and is essentially variable.
Ce phénomène est cependant mesurable et ême prévisible par des observations météorologiques qui peuvent, à quelques heures d'intervalles, en définir la force approximative suivant des graduations con nues sous le nom d"'Zchelle de Beaufort'. Mais, ce qui ne précisent pas ces prévisions, c'est que, dès que le vent atteint une force supérieure à la force 7 et 8 (environ 15 m/s) il peut subir des variations subites et très importantes allant de 2 à 3 m/s jusqu'à 20 m/s ou plus, en quelques secondes. (i)
Ces accélérations, généralement appelées des "surventes" ou "fortes rafales", provoquent des dégâts sur les toitures, les cheminées, les arbres, les plantations et, bien sur sur les machines éoliennes, notamment au niveau de la fixation des pales d'hélices
En effet, les surpressions sont si soudaines que les systèmes de régulation qui agissent sur le pas des pales de l'hélice, ne réagissent pas suffisamment vite pour éviter ces contraintes surabondantes, non seulement sur l'hélice mais sur la structure porteuse de l'appareil l'exemple le plus connu étant la destruction de la machine de 100 KW de l'île d'Ouessant en 1981.This phenomenon is however measurable and even predictable by meteorological observations which can, within a few hours of intervals, define the approximate force according to graduations known under the name of "Beaufort scale". But, which do not specify these forecasts, it is that, as soon as the wind reaches a force higher than the force 7 and 8 (approximately 15 m / s) it can undergo sudden and very important variations going from 2 to 3 m / s until 20 m / s or more, in seconds. (i)
These accelerations, generally called "oversales" or "strong gusts", cause damage on roofs, chimneys, trees, plantations and, of course on wind turbines, especially at the level of the propeller blades
Indeed, the overpressures are so sudden that the regulation systems which act on the pitch of the propeller blades, do not react quickly enough to avoid these overabundant stresses, not only on the propeller but on the load-bearing structure of the the best known example being the destruction of the 100 KW machine on Ouessant Island in 1981.
Les surventes provoquent des vibrations sur les différentes parties de la structure (chacune ayant une fréquence propre), qui lorsqu'elles entrent en sresonånce , provoquent un phénomène d'amplification généra- lement fatal aux parties les plus faibles de la machine ou deruc- tures porteuses. The overselling causes vibrations on the different parts of the structure (each with its own frequency), which when they enter into resonance, cause a phenomenon of amplification generally fatal to the weakest parts of the machine or structures. carriers.
Pour remédier à ces phénomènes, les constructeurs sont amenés à prévoir des structures comportant des coéfficients de sécurité très importants qui entrainent des surcoûts de fabrication sans pour autant. To remedy these phenomena, manufacturers are required to provide structures comprising very large safety coefficients which entail additional manufacturing costs without however.
en augmenter la facilite de visite.increase the ease of visit.
(1) Ces phénomènes sont vérifiables sur les enregistrements graphiques des anémomètres de tous les sémaphores de la Marine Nationale disséminés sur le littoral français ainsi que dans toutes les stations de la
Météorologie Nationale. (1) These phenomena can be verified on the graphic recordings of the anemometers of all the semaphores of the French Navy scattered on the French coast as well as in all the stations of the
National meteorology.
On a tenté d'obvier à ces inconvenients en adoptant generalement des pylones tubulaires en élements assemblés par boulonnage sur les brides d'extremité des tubes. La verticalité et la rigidité du pylone est assurée par plusieurs nappes de haubans en cables d'acier qui occupent au sol un espace important.Le pied du pylone peut etre monté sur charniére de pivotement et la machine peut etre abaissée au niveau du n',, sol en détendant les haubans opposés å la chap ére et en retenant la masse d pylone à l'aide d'un treuil ou d'un vérin Cette opération est toujours longue et fastidieuse et 'est pas dénuée de danger.Attempts have been made to obviate these drawbacks by generally adopting tubular pylons in elements assembled by bolting onto the end flanges of the tubes. The verticality and rigidity of the pylon is ensured by several layers of guy wires made of steel cables which occupy a large space on the ground. The foot of the pylon can be mounted on a pivot hinge and the machine can be lowered to the level of the n ', , ground by slackening the shrouds opposite the screed and retaining the pylon mass using a winch or a jack This operation is always long and tedious and is not without danger.
enfin les haubans sont une cause de vibrations au sommet du pylone, par vent fort.finally the shrouds are a cause of vibrations at the top of the pylon, in strong wind.
On retrouvera le même inconvénient pour la remise en place de la machine et le relevage du pylone. On peut ajouter qu'un service administratif qui exploite de telles machines peut compter sur un personnel spécialisé normalement rémunéré pour effectuer de telles manoeuvres
mais on imagine la situation d'un propriétaire particulier de machine éolienne pour qui de telles opérations posent alors de veritables problémes et provoquent des dépenses d'intervention d'entreprises ou de personnels spécialisées tout à fait regrettables et préjudiciables à l'égard de l'opinion publique sur le bien fondé de l'ex- ploitation de l'energie éolienne.We will find the same drawback for the replacement of the machine and the lifting of the pylon. It may be added that an administrative service which operates such machines can count on specialized personnel normally remunerated to carry out such maneuvers.
but one can imagine the situation of a particular owner of a wind machine for whom such operations then pose real problems and cause intervention costs for companies or specialized personnel which are quite regrettable and prejudicial to the public opinion on the merits of the exploitation of wind energy.
Pour les machines de plus forte puissance ( de 100KW à 1 ou 2 MW) les constructeurs sont amenés à prévoir sous une forme4 fixée au sommet du support d'une maniére inamovible une cabine spécialisée, generalement appelée "nacelle11, de taille suffîsament importante pour permettre non seulement le logement des appareils actifs: chassis porteur, arbre principal du rotor générateur électrique (pouvant peser une tonne et plus), multiplicateur de vitesses, et autres accessoires, mais également le stationnement et l'évolution d'un ou deux agents de maintenance et cela à plusieurs dizaines de métres an dessus du sol. For the machines of higher power (from 100KW to 1 or 2 MW) the manufacturers are brought to envisage in a form4 fixed at the top of the support in an irremovable way a specialized cabin, generally called "nacelle11", of sufficiently large size to allow not only the housing of active devices: supporting frame, main shaft of the electric generator rotor (which can weigh a ton or more), speed multiplier, and other accessories, but also the parking and the evolution of one or two maintenance agents and this several tens of meters above the ground.
La difficulté de mise en place d'une telle nacelle et son coût sont prohibitifs car elle doit en outre entre équipée de dispositifs de rotation, de moteur auxiliaires pour la régulation des pales d' helice, tableau de commande de relais et de transferts etc. The difficulty of setting up such a nacelle and its cost are prohibitive because it must also be fitted with rotation devices, auxiliary motor for regulating the propeller blades, control board for relays and transfers, etc.
Sous une autre forme, la nacelle peut être équipée de dispositifs la rendant mobile verticalement le long du pylone, à l'aide de verins hydrauliques ou pneumatiques avec centrale à l'huile ou à l'air correspondante, pour permettre la visite du materiel au sol lors de réparations importantes. Or toutes les machines tournantes necessitent de telles interventions notamment pendant les periodes d'essais ou de mise au point. In another form, the nacelle can be equipped with devices making it movable vertically along the pylon, using hydraulic or pneumatic cylinders with central oil or corresponding air, to allow the visit of the material to floor during major repairs. However, all rotating machines require such interventions, especially during the testing or development periods.
Les solutions exposées ci-dessus ne sont pas exhaustives mais elles sont les plus souvint utilisées par leÛ,constructeurs : d'une façon genep.ale on peut affirmer qu'il'n-existe pas actuellement sur le marché éolien,de structure porteuse donnant entiére satisfaction pour l'exploitation normale de la machine en toute circonstance. Cet état de fait, est un des facteursqui freine l'utilisation .iSe cette énergies car les éventuels acquéreurs se rendent compte des.diffîcultés d'exploitation. The solutions exposed above are not exhaustive but they are the most used by the manufacturers, in a genep.ale way it can be affirmed that there is not currently on the wind market, of supporting structure full satisfaction for normal operation of the machine in all circumstances. This fact is one of the factors which slows down the use of this energy because potential buyers are aware of the operating difficulties.
On ressent donc vivement le besoin d'une structure perfectionnée qui:
- dtune part, apporte une solution technique aux problemes de resistance mecanique dus aux regimes aléatoires des vents.There is therefore a strong need for an improved structure which:
- on the one hand, provides a technical solution to the problems of mechanical resistance due to the random wind regimes.
- et d'autre part, apporte une solution aux difficultés dlexploitation et de maintenance. - and on the other hand, provides a solution to the difficulties of operation and maintenance.
L'invention repond à ce besoin. Elle concerne à cet effet une structure porteuse pour machines éoliennes à axe horizontal, caractérisée
en ce qu'elle est constituée:
- d'une part d'un support stationnaire vertical (1) dont la hauteur
est sensiblement egale à la moitié-de la hauteur du niveau où fonctionne le rotor (R) de la machine, ce support etant, de preference, autoporteur, immobilisé au sol.The invention meets this need. To this end, it relates to a support structure for wind machines with horizontal axis, characterized
in that it is made up:
- on the one hand, a vertical stationary support (1) whose height
is substantially equal to half the height of the level where the rotor (R) of the machine operates, this support preferably being self-supporting, immobilized on the ground.
- d'autre part un équipage mobile(2) auto-orientable disposé au sommet du support stationnaire (1) et apte à supporter la machine éolienne (R) ,le dit équipage étant cinematîquement solidaire du support stationnaire de maniére à pouvoir evoluer selon deux mouvements, l'un en plan horizontal sur 3600, l'autre en plan vertical, de façon à pouvoir occuper notamment deux positions extrêmes dans ce plan vertical
l'une haute, pour I'exploitaticn dynamique de la machine, l'autre basse, pour les opérations de maintenance.- on the other hand, a self-orientable mobile assembly (2) disposed at the top of the stationary support (1) and capable of supporting the wind machine (R), said crew being kinematically integral with the stationary support so as to be able to evolve in two movements, one in a horizontal plane over 3600, the other in a vertical plane, so as to be able to occupy in particular two extreme positions in this vertical plane
one high, for dynamic operation of the machine, the other low, for maintenance operations.
Grâce à cette disposition constructive, on supprime les sujetions de construction et d'occupation au sol, on élimine une grande partie des sollicitations appliquées au support stationnaire, on reduit les
effets induits sur le rotor de la machine par reduction des turbulences enfin, pour les surventes exceptionnelles et pour la maintenance, on crée la possibilité d'amener rapidement au sol la machine éolienne.Thanks to this constructive arrangement, it eliminates the subject of construction and occupation on the ground, it eliminates a large part of the stresses applied to the stationary support, it reduces the
effects induced on the rotor of the machine by reduction of turbulence finally, for the exceptional oversales and for the maintenance, one creates the possibility of bringing quickly to the ground the wind machine.
Suivant un mode de realisation:
- l'equipage mobile est constitué d'un chassais tournant(2)r-monté sur une couronne d'orientation (2.3) sans jeu, disposée au sommet du
support stationnaire, et dtau moins un bras de levier formé de deux
sections s'étendant de part et d'autre d'un axe horizontal(3.6) autorisant les déplacements dans le plan vertical, ce bras portant à une de ses extremités la machine éolienne et à son autre extremité un contrepods (3.7), le dit bras étant associé à un moyen de rappel tel que ressort ou amortisseur (6) destiné à maintenir::
-d'une part, le bras porteur (3) dans la position haute d'exploitation dynamique de la machine,
- d'autre part autoriser un déplacement angulaire en direction du sol soit pour les opérations de maintenance, soit pour neutraliser le fonctionnement de la machine en cas de survente exceptionnelle.According to an embodiment:
- the moving part consists of a rotating chase (2) r-mounted on a slewing slewing ring (2.3), placed at the top of the
stationary support, and at least one lever arm formed by two
sections extending on either side of a horizontal axis (3.6) allowing movement in the vertical plane, this arm carrying at one of its ends the wind machine and at its other end a counterpods (3.7), said arm being associated with a return means such as a spring or shock absorber (6) intended to hold:
on the one hand, the support arm (3) in the high dynamic operating position of the machine,
- on the other hand authorize an angular movement in the direction of the ground either for maintenance operations, or to neutralize the operation of the machine in the event of exceptional overselling.
Suivant un autre mode de réalisation:
L'équipage mobile est constitué, outre le chassie tournant, de deux bras de levier distincts, respectivement (5.4) en disposition paralléle et portant chacun un axe pivot( 3.6 - 4.1) solidaire du chassis tournant ces ces deux bras de levier étant en outre reliés par une bielle (5) formant avec les axes pivot (306 - 4n1) un quadrilatére déformable.According to another embodiment:
The moving assembly is made up, in addition to the rotating casing, of two separate lever arms, respectively (5.4) in parallel arrangement and each carrying a pivot axis (3.6 - 4.1) integral with the rotating frame, these two lever arms being further connected by a connecting rod (5) forming with the pivot axes (306 - 4n1) a deformable quadrilateral.
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit, de plusieurs moud de réalisation donnés ici à titre d'exemple et representés sur les dessins joints, dans lesquels:
La figure 1 est une élévation latérale montrant la cinématique de la structure porte-machine. Other advantages and characteristics will become apparent on reading the following detailed description of several embodiments given here by way of example and shown in the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a side elevation showing the kinematics of the machine structure.
La figure 2 est une élévation frontale de la structure de la figure 1. Figure 2 is a front elevation of the structure of Figure 1.
La figure 3 est une vue en coupe transversale selon A-A1 de la figure 1
La figure 4 est une vue en élévation latérale montrant une variation d'exécution de la figure 1.Figure 3 is a cross-sectional view along A-A1 of Figure 1
FIG. 4 is a side elevation view showing a variation of execution of FIG. 1.
La figure 5 est une vue en coups montrant le fut fixe de la structure selon la figure 4. FIG. 5 is a sectional view showing the fixed shaft of the structure according to FIG. 4.
La figure 6 est une vue en élévation latérale montrant une autre variante de la figure 1. FIG. 6 is a side elevation view showing another variant of FIG. 1.
La figure 7 est une vue en coupe transversale partielle de la figure 6. FIG. 7 is a partial cross-sectional view of FIG. 6.
La figure 8 est une vue en coupe selon A,A' de la figure 7. FIG. 8 is a sectional view along A, A 'of FIG. 7.
La figure 9 est une vue en élévation latérale d'un mode de réalisation de structure appliqué préferablement aux machines de forte puissance. Figure 9 is a side elevational view of an embodiment of the structure preferably applied to high power machines.
La figure 10 est une vue de dessus de la structure de la figure 9. FIG. 10 is a top view of the structure of FIG. 9.
La figure al est une vue en élévation latérale montrant une variante d'exécution pour machines de fortes puissance. Figure al is a side elevational view showing an alternative embodiment for high power machines.
DESCRIPTION DE LA REALISATION DE L'INVENTION. DESCRIPTION OF THE EMBODIMENT OF THE INVENTION.
L'épure illustrant la présente invention sur les schémas 1-2-3 montre les différentes parties techniques devant procurer les améliorations ci-dessus exposées, suivant divers types de supports et suivant plusieurs solutions de fixation de la machine éolienne sur le support mobile. The sketch illustrating the present invention in diagrams 1-2-3 shows the various technical parts which are to provide the improvements described above, according to various types of support and according to several solutions for fixing the wind machine to the mobile support.
Sur la figure 1 est exposé le cas d'un support, parmi les plus simples, destiné aux machines de faible puissance (de 2 à 6.oo m de diamètre par exemple). In Figure 1 is exposed the case of a support, among the simplest, for low power machines (2 to 6oo m in diameter for example).
Ce support se compose de 5 parties essentielles numérotées de 1 à 5, les accessoires de chaque partie cités dans le texte étant numérotés suivant le mode décimal (1,2 - 1,3 etc...). This support consists of 5 essential parts numbered from 1 to 5, the accessories of each part mentioned in the text being numbered in decimal mode (1,2 - 1,3 etc ...).
La pièce n 1 représente le pylone de base qui est fixé au sol par l'intermédiaire d'une plaque de pied (1,2), confortée par goussets de raidissement (t,3) soudés sur le tube central (1,1), cette plaque permettant d'assurer une meilleure assise du pylone sur le massif de fondation, la fixation sur le massif étant assurée par boulonnage sur les fers d'ancrage. Exhibit 1 represents the base pylon which is fixed to the ground by means of a foot plate (1,2), supported by stiffening gussets (t, 3) welded to the central tube (1,1) , this plate making it possible to ensure a better seat of the pylon on the solid foundation, the fixing on the solid being ensured by bolting on the anchoring irons.
Le pylone sera en principe constitué d'un tube métallique calculé de façon à ce qu'il soit autoporteur et qu'il soit apte à resister aux moments de renversement appliqués au sommet. The pylon will in principle consist of a metal tube calculated so that it is self-supporting and that it is able to resist the overturning moments applied to the top.
Il sera avantageusement construit en tôle d'acier car cette solution permet la plus faible section par rapport aux contraintes exigées. It will advantageously be constructed of sheet steel because this solution allows the smallest section compared to the constraints required.
Il peut néanmoins être construit en d'autres matériaux dont notamment. en béton armé1 ou en éléments préfabriqués emboités les uns au-dessus des autres et renforcés par un ensemble d'aciers tendus par boulonnage entre le massif de pied et la plaque de sommet. Cette solution entraine ia construction d'un ensemble de fondation avec fers d'ancrage pour les aciers de tension mais elle peut présenter un caractère d'économie par rapport au pylone en acier. It can nevertheless be constructed of other materials, including in particular. in reinforced concrete1 or in prefabricated elements fitted one above the other and reinforced by a set of steels stretched by bolting between the base of the base and the top plate. This solution leads to the construction of a foundation assembly with anchoring irons for tensioning steels, but it can be economical compared to the steel pylon.
Précisons à ce point de la description que la solution décrite est suivant l'épure la plus simple, mais l'invention est adaptable à tous les types de supports fixes existants tels que des tours maçonnerie ou des anciens moulins à vent, sous réserve que leurs dimensions soient compatibles avec l'intérêt du projet. It should be noted at this point in the description that the solution described is the simplest, but the invention is adaptable to all types of existing fixed supports such as masonry towers or old windmills, provided that their dimensions are compatible with the interest of the project.
(1) ou pylonesen treillis soudés ou boulonnés. (1) or welded or bolted lattice pylons.
La pièce n02 est la pièce support qui sert de base à l'équipa- ge mobile. Cette pièce peut être conçue de plusieurs façons : le dessin présenté sur la figure 1 propose une des solutions les plus simples. Cette pièce comporte : une plaque de base (2,1) dont la forme sera avantageusement circulaire, notamment pour les petites machines,sur laquelle seront fixées perpendiculairement deux plaques (2,2) devant servir à la fixation des axes de rotation aux bras mobiles dans le plan vertical (pièces 3 et 4). Cette plaque (2,1) est fixée par boulonnage sur la couronne à billes (2,3) d'orienta- tion qui est elle-meme solidaire de la plaque du sommet du pylone de base, pièce n01. Cette couronne à billes permet la rotation sur 3600 dans le plan horizontal de tout l'équipage mobile. Part no. 02 is the support part which serves as the basis for the moving equipment. This part can be designed in several ways: the drawing presented in Figure 1 offers one of the simplest solutions. This part comprises: a base plate (2,1) whose shape will advantageously be circular, in particular for small machines, on which two plates (2,2) will be fixed perpendicularly for use in fixing the axes of rotation to the movable arms in the vertical plane (parts 3 and 4). This plate (2,1) is fixed by bolting to the orienting ball crown (2,3) which is itself integral with the plate at the top of the base pylon, part n01. This ball crown allows rotation over 3600 in the horizontal plane of the entire moving assembly.
La pîèc en03 est une poutre à deux bras formant fourche ou compas, reliés à leur sommet, donc solidaires l'un de l'autre, étant reliés par plusieurs entretoises (3,3), (3,4), (3,5). Cette poutre à deux bras comporte deux bras de levier, de part et d'autre de l'axe de rotation (3,6). Le bras aval, par rapport au lit du vent, est destiné à porter en sommet, la machine éolienne elle-même, à l'aide d'une pièce intermédiaire (5) qui,ainsi qu'il sera montré ci après9 n'est pas indispensable. The part en03 is a beam with two arms forming a fork or compass, connected at their top, therefore integral with each other, being connected by several spacers (3,3), (3,4), (3,5 ). This two-arm beam has two lever arms, on either side of the axis of rotation (3,6). The downstream arm, relative to the wind bed, is intended to carry the wind machine itself at the top, using an intermediate piece (5) which, as will be shown below9 is not not indispensable.
Le bras amont, par rapport au lit du vent, est destiné à porter un contrepoids (3,7) dont le role est cse compenser le poids de
un la machine à/niveau toutefois inferieur de quelques daN (1)
Il faut préciser, à cet endroit de la description que les branches de la fourche seront des poutres minces qui auront tout avantage à être profilées d'une façon aérodynamiquessuivant une section symétrique type NACA 0012 ou plus épaisse Ce détail de construction présentant l'avantage de ne pas créer de turbulence sur la zone balayée par l'hélice de la machine elle-meme, avantage trés important par rapport à tous les pylones existants. (Fig. 3)
La pièce n 4 est une deuxième poutre pouvant comporter un ou deux bras, en forme de fourche, qui peut pivoter autour de l'axe de rotation (4,1). Cette deuxième poutre est destinée à constituer avec la poutre n031 un quadrilatère qui peut être de type parallélogramme déformant de façon i permettre à la machine éolienne des déplacements toujours paralléles au plan de rotation de son hélice.The upstream arm, relative to the wind bed, is intended to carry a counterweight (3,7) whose role is to compensate for the weight of
a machine at / level, however lower by a few daN (1)
It should be specified, at this point in the description, that the legs of the fork will be thin beams which will have every advantage in being aerodynamically shaped following a symmetrical section type NACA 0012 or thicker. This construction detail has the advantage of do not create turbulence on the area swept by the propeller of the machine itself, very important advantage compared to all existing pylons. (Fig. 3)
The part no. 4 is a second beam which may have one or two arms, in the form of a fork, which can pivot around the axis of rotation (4,1). This second beam is intended to constitute with the beam n031 a quadrilateral which may be of the parallelogram type deforming so as to allow the wind machine to move always parallel to the plane of rotation of its propeller.
(Cette pièce n'étant pas essentiellement indispensable).(This part is not essentially essential).
La pièce n 5 est une pièce terminale qui supporte la machine elle-même, elle est montée sur les poutres 3 et 4 par l'intermédiaire de deux axes de rotation (5,1) et (5,2). The part 5 is a terminal part which supports the machine itself, it is mounted on the beams 3 and 4 by means of two axes of rotation (5.1) and (5.2).
(1) Seul le ressort (6) a pour role de la ramener à son niveau le plus
elevé. (1) Only the spring (6) has the role of bringing it back to its most level
Student.
L'ensemble des pièces mécaniques 2,3,4,5, forme un ensemble mécanique articulé homogène mais déformant, les bras le constituant étant deux à deux parallèles. The set of mechanical parts 2, 3, 4, 5, 5 forms a homogeneous but deforming articulated mechanical unit, the arms constituting it being two by two parallel.
Cet ensemble doit permettre a la machine éolienne d'occuper dans l'espace toutes les positions délimitées par le débattement circulaire des poutres 3 et 4, mais en gardant son axe de rotation toujours parallèle à lui-même. This assembly must allow the wind machine to occupy in space all the positions delimited by the circular deflection of the beams 3 and 4, but keeping its axis of rotation always parallel to itself.
Il faut-préciser à cet endroit de la description que le parallélogramme déformant constitué des bielles 3 et 4 peut être réduit à la seule bielle 3 tel que montré à la figure 41 la condition nécessaire pour permettre ce montage étant que la machine éolienne soit suspendue à l'extrémité de la bielle 3, en son centre de gravité. En effet, si la machine est montée sur un axe de rotation horizontal passant par son centre de gravité, elle restera en position d'équilibre suivant n1 importe qu'elle position du bras porteur, et cela grâce à la force inertielle gyroscopique due à la rotation de l'hélice de la machine. Cette solution nécessite la suspension de la machine avec contrepoids d'équilibrage par rapport à 1'axe support.El e peut représenter un caractere d'économie par rapport à
prece en e la solutio ge parallélogramme a deux bielles n'étant qu'accessoire à l'idée même de l'invention qui est de suspendre la machine éolienne à un bras mobile dans deux plans:horizontal, avec rotation sur 36001 et vertical avec rotation sur environ 1600 - de façon à bené- ficier des améliorations visées au début de l'exposé.It should be specified at this point in the description that the deforming parallelogram consisting of the connecting rods 3 and 4 can be reduced to the single connecting rod 3 as shown in FIG. 41, the condition necessary to allow this assembly being that the wind machine is suspended at the end of the connecting rod 3, at its center of gravity. In fact, if the machine is mounted on a horizontal axis of rotation passing through its center of gravity, it will remain in a position of equilibrium depending on the position of the carrying arm, thanks to the gyroscopic inertial force due to the rotation of the machine propeller. This solution requires the suspension of the machine with balancing counterweight relative to the support axis. It may represent a saving character compared to
prece en e the parallelogram solutio ge with two connecting rods being only an accessory to the very idea of the invention which is to suspend the wind machine from a mobile arm in two planes: horizontal, with rotation on 36001 and vertical with rotation out of approximately 1600 - so as to benefit from the improvements referred to at the beginning of the presentation.
La pièce n06 est un ressort à fort allongement, figuré en tireté sur les figures n 2 et 5, dont l'action est conjuguée à celle du contrepoids. Ce ressort 6 sera avantageusement fixé dans l'axe du pylone fixe. L'extrémité supérieure du ressort est reliée à une entretoise (3,3) (par exemple) de la bielle 3 par l'intermédiaire d'un cable de liaison (6,3) et de poulies de renvoi (6,i) et (6,2). The part n06 is a spring with high elongation, shown in dashed lines in FIGS. 2 and 5, the action of which is combined with that of the counterweight. This spring 6 will advantageously be fixed in the axis of the fixed pylon. The upper end of the spring is connected to a spacer (3.3) (for example) of the connecting rod 3 via a connecting cable (6.3) and return pulleys (6, i) and (6.2).
L'extrémité inférieure du ressort étant solidaire d'un treuil pièce n07 - tournant, fixé à l'intérieur ou à l'extérieur du pylone par l'intermédiaire d'un cable de liaison < C.4)
L'action de ce ressort est de compenser et d'amortir les surs pressions du vent sur l'hélice, évoquées dans la première partie de l'exposé, et de ramener la machine a sa position la plus élevée.The lower end of the spring being integral with a winch piece n07 - rotating, fixed inside or outside the pylon via a connection cable <C.4)
The action of this spring is to compensate for and dampen the excess wind pressures on the propeller, mentioned in the first part of the presentation, and to bring the machine back to its highest position.
S'il était constaté que l'allongement du ressort permettait des déplacements trop rapides de la machine, sous l'action des rafales, des amortisseurs pneumatiques (ou â friction) pourraient être ajoutés, de façon à freiner le débattement du bras porteur
Enfin le treuil n07 a un double rôle : tout d'abord, de permet
circulaire
tre de régler la tension du (ou des ressorts) grâce à une crémaillère
à cliquets, et ensuite après avoir relaché la tension du ressort,
d'abaisser le bras (ou les bras) porteurs de la machine jusqu'au
niveau souhaité prés du sol. Ce treuil peut être installé à l'inté
rieur du pylone fixe, avec un volant extérieur9 ou l'ensemble treuil
volant entièrement a' l'extérieur.Pour des machines de forte puissan
ce, donc de poids élevé, le treuil pourra être entraîné par un
moteur auxiliaire a grande démultiplication placé è l'intérieur du
pylone.If it were found that the extension of the spring allowed the machine to move too quickly, under the action of gusts, pneumatic (or friction) shock absorbers could be added, so as to slow down the movement of the support arm
Finally the winch n07 has a double role: first of all, allows
circular
be to adjust the tension of the (or springs) using a rack
with ratchets, and then after releasing the spring tension,
lower the carrying arm (or arms) of the machine to
desired level near the ground. This winch can be installed indoors
laugh of the fixed pylon, with an external steering wheel9 or the winch assembly
steering wheel entirely outside.For very powerful machines
this, therefore of high weight, the winch can be driven by a
large-scale auxiliary motor placed inside the
pylon.
Telle est donc la présentation la plus simple du support défor
mant illustrant la présente invention.So this is the simplest presentation of the defor
mant illustrating the present invention.
Cette présentation peut évidement être adaptée aux circonstan-
ces locales suivant le type de machine éolienne utilisée et suivant
le support de base.This presentation can obviously be adapted to the circumstances.
these premises according to the type of wind machine used and according to
basic support.
Une autre présentation est illustrée en figure 9 dans le cas
oû le support de base est un ancien moulin à vent auquel le propri
étaire désirerait adapter une machine éolienne moderne devant lui
procurer l'énergie nécessaire, soit au chauffage9 soit à l'éclaira
ge du bâtiment. C'est le cas type d'utilisation d'un pylone existant,
où les bras mobiles sont articulés en plusieurs segments.Another presentation is illustrated in FIG. 9 in the case
where the basic support is an old windmill to which the owner
etaire would like to adapt a modern wind machine in front of him
provide the necessary energy, either for heating9 or for lighting
building age. This is the typical case of using an existing pylon,
where the movable arms are articulated in several segments.
Sous cette forme de llinvention schématisée sur les figures 9 et 10
le bras porteur de la machine eolienne(3) et le bras porteur du
contrepoids (4) ont été séparés de façon a ne pas avoir à mettre en
oeuvre des poutres de grande longueur. Les deux bras sont prévus
paralléles: 3.1
-le bras porteur de la machine peut pivoter autour d'un axe transverse (1)
solidaire du chassis tournant sur lacouronne à bille horizontal.In this form of the invention shown schematically in Figures 9 and 10
the support arm of the wind turbine machine (3) and the support arm of the
counterweights (4) have been separated so as not to have to
works with long beams. Both arms are provided
parallels: 3.1
-the machine carrying arm can pivot around a transverse axis (1)
secured to the chassis rotating on the horizontal ball crown.
- de même)le bras porteur du contrepoids peut pivoter autour d'lai
axe transersal (4,1) solidaire du chassis tournant cet axe formant
axe de symetrie, de façon à obtenir deux bras de levier égaux de part
et vautre de l'aire de pivotement. Ce bras est rendu solidaire du bras porteur la machine par l'intermediaire de deux bielles ) fixées à
l'extremité du bras de levier superieur de la piéce 4. (cf. nota Y page 10
L'ensemble relise bien ainsi l'epure deformante decrite dans les pages
precédentes; seul le poids du contrepoids fixé à ltextremité inferieur dubras (4) est à déterminer en fonction des critéres suivants:
du bras
le poids de la machine et le rapport des bras de levier/porteur de la
machine eolienne,de part et d'autre de la bielle transersale (5).- likewise) the counterweight carrying arm can pivot around it
transersal axis (4,1) integral with the rotating chassis this axis forming
axis of symmetry, so as to obtain two equal lever arms
and sprawls from the swivel area. This arm is made integral with the machine carrying arm by means of two connecting rods) fixed to
the end of the upper lever arm of part 4. (cf. note Y page 10
The whole re-reads well the deforming simplicity described in the pages
previous; only the weight of the counterweight fixed to the lower end of the arm (4) is to be determined according to the following criteria:
of the arm
the weight of the machine and the ratio of the lever arms / carrier of the
wind turbine machine, on either side of the cross-link (5).
cf: nota y
(1) dans le plan horizontal. cf: note y
(1) in the horizontal plane.
Une autre forme de l'invention peut être presentée en faisant appel a des materiels modernes tels que des verins pneumatique en remplacement du ressort 6 et du treuil 7.Another form of the invention can be presented by using modern materials such as pneumatic cylinders to replace the spring 6 and the winch 7.
En effet l'epure de la figure(11)illustre bien cette autre forme de l'invention: le pylone de base fixe, est en 1, l'équipage mobile est en 2, comportant le chassis tournant(2,1. Indeed the simplicity of the figure (11) illustrates well this other form of the invention: the fixed base pylon, is in 1, the mobile equipment is in 2, comprising the rotating chassis (2.1.
et les deux flasques perpendiculaires (2,2) portant les axes de pivotement (3,1) et (4,1) des bielles 3 et 4. Ces deux bielles sont paralléles, la - base superieure du parallelogramme etant solidaire de la machine éolienne elle-même.and the two perpendicular flanges (2,2) carrying the pivot axes (3,1) and (4,1) of the connecting rods 3 and 4. These two connecting rods are parallel, the - upper base of the parallelogram being integral with the wind machine herself.
Le bras porteur principal est relié aux flasques (2,2) par l'intermediaire d'un ou de deux verins pneumatiques (8) euxmêmes solidaires des flasques par l'intermediaire de l'axe de pivotement (8,i) et solidaires du bras porteur par l'intermediaire de l'axe de pivotement (8,2).The main support arm is connected to the flanges (2,2) by the intermediary of one or two pneumatic cylinders (8) themselves secured to the flanges by the intermediary of the pivot axis (8, i) and secured to the support arm through the pivot axis (8,2).
Cette solution implique evidemment que les verins soient constamment alimentés par un reservoir d'air lui-même maintenu
(10) en pression par un compresseur situé à l'interieur du pylone. This solution obviously implies that the cylinders are constantly supplied by an air reservoir which is itself maintained
(10) in pressure by a compressor located inside the pylon.
On peut supposer alors que la machine produit l'energie electri que necessaire au fonctionnement du compresseur à partir d'une reserve d'energie telle qu'une batterie d'accumulateurs maintenue en charge constante.It can then be assumed that the machine produces the electrical energy necessary for the operation of the compressor from an energy reserve such as a storage battery maintained at constant charge.
Cette solution implique egalement l'utilisation d'un joint tournant tolerant la pression nominale de l'air comprimé à la jonction des canalisations fixes d'alimentation es verins pneumatiques à l'interieur du pylone(1) et des canalisations tournant avec l'équipage mobile-.This solution also involves the use of a rotating joint tolerating the nominal pressure of the compressed air at the junction of the fixed supply lines for the pneumatic cylinders inside the pylon (1) and the lines turning with the crew. mobile-.
Nota Y : cette note se rapporte à la bielle 9 sur les schemas 9 et lo . Cette bielle ( 9.1 et 9.2 sur le schema 10) est solidaire à la fois de la bielle 5 et de la machine éolienne par l'intermédiaire des axes 9.3 et 9.4. Note Y: this note relates to the connecting rod 9 on diagrams 9 and lo. This connecting rod (9.1 and 9.2 in diagram 10) is integral with both the connecting rod 5 and the wind machine by means of axes 9.3 and 9.4.
Elle a pour roule, dans le cas de machines importantes,de provoquer le basculement progressif de la machine lors de 1' operaticn d'abaissement vers le sol, de façon que le plan de l'hélice soit paralléle au plan du sol dans la position la plus basse. Its purpose is, in the case of large machines, to cause the progressive tilting of the machine during the lowering operation towards the ground, so that the plane of the propeller is parallel to the plane of the ground in the position the lowest.
Nota Z : La poutre porteuse du contrepoids dans sa position la plus verticale pourra prendre appui sur le support fixe par l'intermediaire d'une ou plusieurs roulettes à bandage pneumatique (3*9 --Fig.4) ou (4.3 Fig.9 ) de façon a faciliter la rotaticn de l'equipage mobile lors des variations de la direction du vent. Les roulettes peuvent être remplacées par une bande de glissement en matiére synthétique ( 3.9 - Fig.1). Note Z: The load-bearing beam of the counterweight in its most vertical position can be supported on the fixed support by the intermediary of one or more pneumatic tires (3 * 9 --Fig.4) or (4.3 Fig.9 ) so as to facilitate the rotation of the moving assembly during variations in the wind direction. The rollers can be replaced by a sliding strip made of synthetic material (3.9 - Fig. 1).
Claims (7)
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Applications Claiming Priority (1)
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| FR8408747A FR2568948A1 (en) | 1984-06-01 | 1984-06-01 | Articulated bearing structure for horizontal-axis wind machines |
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|---|---|
| FR2568948A1 true FR2568948A1 (en) | 1986-02-14 |
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ID=9304689
Family Applications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |