FR2863320A1 - Pale d'aerogenerateur equipee de moyens deflecteurs, et aerogenerateur correspondant - Google Patents

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Abstract

L'invention a pour objet une pale d'aérogénérateur, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps principal (11) et au moins un volet pivotant (12) par rapport audit corps principal (11), autour d'un axe de rotation sensiblement parallèle au bord de fuite (13) de ladite pale, ledit volet s'étendant transversalement essentiellement entre son axe de rotation et ledit bord de fuite.

Description

Pale d'aérogénérateur équipée de moyens déflecteurs, et aérogénérateur
correspondant.
L'invention concerne le domaine des aérogénérateurs. Plus précisément, l'invention concerne un aérogénérateur de type éolienne qui peut être groupé avec d'autres aérogénérateurs du même type pour former une centrale.
Dans le domaine des aérogénérateurs, le principe des éoliennes est largement connu et appliqué.
Ces éoliennes peuvent être utilisées par des particuliers pour leur propre utilisation. Les éoliennes domestiques de ce type sont donc généralement isolées et de relativement petites dimensions.
Une autre catégorie d'éoliennes est destinée à la production d'électricité à plus grande échelle: ces éoliennes sont de grandes dimensions et sont généralement regroupées en centrales.
La production mondiale d'électricité par des éoliennes connaît actuellement un développement important, du fait notamment qu'elles représentent un moyen de production d'énergie écologique.
Toutefois, sur le plan technique, les éoliennes de grandes dimensions posent encore de nombreux problèmes.
On rappelle qu'une éolienne, ou plus généralement un aérogénérateur, est constituée d'une mâture en haut de laquelle est placée une génératrice entraînée par un moyeu portant les pales (généralement au nombre de trois) . Le principe de fonctionnement consiste alors à transformer l'énergie cinétique du vent agissant sur les pales en énergie mécanique due au mouvement de rotation du rotor, puis à transformer cette énergie mécanique en énergie électrique.
Comme déjà mentionné précédemment, les éoliennes destinées à la production d'électricité à plus grande échelle présentent des dimensions de plus en plus importantes: les pales de ces éoliennes mesurent chacune par exemple 23 m (pour une puissance de 750 KW) ou plus, pour des puissances pouvant atteindre plusieurs mégawatts. La tendance actuelle est de chercher à augmenter la puissance des éoliennes. Ce qui a pour conséquence d'augmenter la longueur des pales Pour ces éoliennes de plus en plus grandes, il est essentiel de réguler la vitesse du rotor. On cherche ainsi à améliorer le rendement de la machine et éviter l'accélération du rotor lors de l'augmentation de la vitesse du vent ou l'emballement lors de fortes rafales.
Il est aussi important de pouvoir ralentir le rotor par un freinage aérodynamique, afin de pouvoir ensuite le stopper avec un frein électrique ou mécanique, notamment lors de problèmes techniques ou de vents trop importants.
Pour ce faire, plusieurs solutions sont proposées suivant que l'on souhaite freiner la pale et/ou améliorer le rendement de la machine.
Parmi les solutions, il y a la technique dite stall où les pales du rotor sont fixes et les techniques dites active stall ou pitch , selon lesquelles les 15 pales sont mobiles.
Selon la technique stall , généralement utilisée pour des machines inférieures à 1 MW, les pales du rotor sont fixes et la régulation lors de l'accélération du vent se fait par décrochage de la couche limite, favorisée par des générateurs de vortex, qui a pour effet de diminuer la portance et par conséquent de ralentir la pale.
Selon les techniques active stall et pitch , les pales pivotent autour de leur arbre de liaison au moyeu, de façon à faire varier leurs portances aérodynamiques. Ceci permet de prendre en compte les variations de la vitesse du vent par une modification de l'incidence des pales, afin d'augmenter ou de réduire la portance, suivant que l'on cherche à améliorer le rendement ou à freiner la pale. Ces systèmes permettent aussi par une mise en drapeau partiel ou total de ralentir aérodynamiquement le rotor dans le but de le stopper.
Les moyens à mettre en oeuvre selon les techniques active stall et pitch , plus adaptées aux pales de grandes dimensions, sont excessivement importants, complexes et onéreux.
En effet, le poids des pales augmente considérablement avec leurs tailles et il est nécessaire de prévoir des moyens d'actionnement en conséquence pour que ceux-ci aient un couple suffisant pour faire tourner les pales autour de leur propre axe longitudinal.
De tels moyens d'actionnement représentent de plus une nouvelle source de poids, alors que l'on cherche à améliorer le rapport poids/puissance de ces éoliennes.
En outre, ces moyens d'actionnement ne permettent généralement pas d'agir sur l'incidence des pales avec suffisamment de réactivité, du fait du poids 10 et de l'inertie des pièces en mouvement.
Il est pourtant nécessaire, dans certains cas, de pouvoir modifier de façon quasi instantanée, la portance de la pale.
L'invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'art antérieur.
Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer une pale d'aérogénérateur dont on puisse modifier la portance rapidement et avec précision afin d'améliorer le rendement de la pale ou de favoriser son décrochage aérodynamique.
L'invention a également pour objectif de fournir une telle pale d'aérogénérateur qui permette de limiter le poids des moyens assurant la modification de la portance de la pale, en comparaison avec les solutions de l'art antérieur.
L'invention a aussi pour objectif de fournir une telle pale d'aérogénérateur qui soit simple de conception et facile à mettre en oeuvre.
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet une pale d'aérogénérateur, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps principal et au moins un volet pivotant par rapport audit corps principal, autour d'un axe de rotation sensiblement parallèle au bord de fuite de ladite pale, ledit volet s'étendant transversalement essentiellement entre son axe de rotation et ledit bord de fuite.
Ainsi, le ou les volets pivotants forment des moyens déflecteurs qui permettent de contrôler l'incidence de la pale par le changement de la géométrie de sa section, en pilotant l'incidence du bord de fuite, sur tout ou partie de la longueur du profil aérodynamique de la pale.
Un tel dispositif accouplé à un système de mesure embarqué (connu de l'homme de l'art) permet une modification quasi instantanée de la portance de la pale, que ce soit en vue d'améliorer le rendement ou pour freiner la génératrice.
En effet, le poids des pièces à actionner pour faire varier la portance est considérablement réduit par rapport aux solutions de l'art antérieur.
On obtient donc un gain notable sur le plan de la réactivité du système comparé à la technique selon laquelle la pale est pivotée autour de son axe longitudinal.
Grâce à l'invention, on obtient un frein aérodynamique efficace et réactif, afin de ralentir considérablement le rotor en vue de le stopper à l'aide d'un frein électrique ou mécanique tel que mentionné précédemment.
Avantageusement, ledit axe de rotation est matérialisé par au moins un tourillon s'étendant entre un bord latéral dudit volet pivotant et au moins un élément support inséré dans le corps principal de ladite pale.
Selon une solution préférée, ledit corps principal comprend au moins un mât, une pluralité de nervures accouplées audit mât, et au moins une peau solidaire desdites nervures et/ou dudit mât, ledit axe de rotation étant matérialisé par au moins un tourillon s'étendant entre un bord latéral dudit volet pivotant et au moins une nervure dudit corps principal.
La structure classiquement utilisée pour la réalisation des pales de grandes dimensions est ainsi avantageusement mise à contribution pour intégrer directement dans la pale les moyens permettant de varier sa portance.
Dans ce cas, ledit ou lesdits tourillons sont préférentiellement solidaires en rotation dudit volet pivotant et sont chacun montés libres en rotation dans un palier porté par une nervure, dite nervure support, dudit corps principal.
Selon une solution préférée, ledit axe est matérialisé par deux tourillons s'étendant de part et d'autre dudit volet pivotant et montés chacun dans une nervure support.
De cette façon, le montage d'un volet peut être envisagé entre les nervures qui sont présentes sur toute la longueur de la pale en adaptant le nombre et les dimensions des volets, on peut ainsi piloter l'incidence du bord de fuite sur tout ou partie de la longueur de la pale.
Selon un premier mode de réalisation, la pale intègre des moyens d'actionnement dudit volet pivotant, lesdits moyens d'actionnement étant montés en dehors de l'espace s'étendant entre lesdites nervures support.
Dans ce cas, lesdits moyens d'actionnement agissent avantageusement sur ledit ou lesdits tourillons.
Préférentiellement, lesdits moyens d'actionnement coopèrent avec ledit ou lesdits tourillons par l'intermédiaire d'une liaison appartenant au groupe suivant: vis sans fin/pignon; crémaillère/roue dentée.
Selon un deuxième mode de réalisation, lesdits moyens d'actionnement sont montés entre lesdites nervures supports.
Dans ce cas, lesdits moyens d'actionnement agissent avantageusement 20 sur un axe d'entraînement monté sur ledit volet pivotant et s'étendent parallèlement à l'axe de rotation du volet.
Préférentiellement, lesdits moyens d'actionnement sont de type à déplacement linéaire et sont couplés par une liaison pivot d'une part audit axe d'entraînement et, d'autre part, audit corps principal de ladite pale.
On note que les deux modes de réalisation qui viennent d'être indiqués peuvent être combinés sur une même pale, par exemple en les alternant le long de la pale pour faciliter l'installation de volets de proche en proche sur tout ou partie de la longueur de la pale.
Selon une solution avantageuse, lesdits moyens d'actionnement sont 30 supportés par au moins une nervure dudit corps principal.
On comprend donc qu'il n'est pas nécessaire d'apporter des modifications importantes à la structure classique d'une pale pour intégrer dans celleci le dispositif selon l'invention.
Selon une solution préférée, lesdits moyens d'actionnement sont 5 électriques.
Ainsi, les moyens d'actionnement (par exemple un moteur, un vérin), en étant électriques, présentent l'avantage de: offrir une rapidité de réponse satisfaisante; éviter l'emploi d'un groupe hydraulique nécessaire dans le cas 10 des équipements hydrauliques qui sont encombrants, coûteux, et qui nécessitent un entretien régulier.
En outre, dans le cas des vérins électriques, la conception de ceux-ci permet, lorsqu'ils sont à l'arrêt, d'obtenir une sorte de butée mécanique assurant le maintien du volet en toute position.
Toutefois, d'autres modes de réalisation des moyens d'actionnement sont envisageables sans sortir du cadre de l'invention, par exemple en utilisant des vérins hydrauliques.
Avantageusement, ledit ou lesdits volets pivotants sont constitués d'une structure du type à nervures sur lesquelles est rapportée une peau.
Les volets peuvent ainsi être réalisés avec des caractéristiques de poids et de rigidité satisfaisantes, étant de plus de conception homogène avec le corps principal de la pale.
On note que l'invention peut toutefois également être appliquée à d'autres types de pales, notamment celles réalisées en deux demi- coquilles représentant l'intrados et l'extrados de la pale, ces demi- coquilles étant réalisées par exemple en sandwich à partir d'une ame en mousse ou en balsa avec de part et d'autre une peau fibre/résine.
Selon une autre caractéristique, ledit ou lesdits tourillons sont montés sur au moins l'une desdites nervures dudit volet.
Selon une autre caractéristique, ledit ou lesdits axes d'entraînement sont montés sur au moins l'une desdites nervures dudit volet.
Préférentiellement, la pale comprend deux volets pivotants.
Avantageusement, ledit ou lesdits volets peuvent pivoter de part et d'autre d'une position neutre dans laquelle ledit ou lesdits volets sont alignés 5 avec ledit corps principal.
L'invention concerne également un aérogénérateur comprenant au moins une pale telle que décrite précédemment.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de deux modes de réalisation préférentiels de l'invention, donnés à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés parmi lesquels: les figures 1 et 2 sont des vues schématiques, respectivement de dessus et en coupe de côté, d'une pale équipée d'un volet selon l'invention; les figues 3 et 4 sont des vues partielles en coupe, respectivement de dessus et de côté, d'une pale équipée d'un volet selon l'invention, selon un premier mode de réalisation; les figues 5 et 6 sont des vues partielles en coupe, respectivement de dessus et de côté, d'une pale équipée d'un volet selon l'invention, selon un deuxième mode de réalisation; les figures 7 et 8 sont des vues partielles en coupe, respectivement de dessus et de côté, d'une pale équipée d'un volet selon l'invention, selon une variante du deuxième mode de réalisation illustré par les figures 5 et 6.
En référence aux figures 1 et 2, une pale d' aérogénérateur comprend un corps principal 11 sur lequel, selon le principe général de l'invention, est monté un volet 12 susceptible de pivoter autour d'un axe yy' sensiblement parallèle au bord de fuite 13 de la pale.
De façon indicative, la pale de la figure 1 présente deux volets 12, le nombre de ceux-ci pouvant varier notamment en fonction de la longueur de la pale.
Tel qu'illustré par la figure 2, le volet 12 peut être pivoté sur un angle a, de part et d'autre d'une position neutre du volet 12 (illustrée en traits pleins) dans laquelle il est aligné avec le corps principal de la pale et constitue le profil aérodynamique de référence.
On note que l'angle a est indiqué ici à des fins purement illustratives, et peut aller en pratique jusqu'à 90 , en particulier du côté intrados de la pale.
Selon le présent mode de réalisation, la pale présente une structure composée de nervures 14 sur lesquelles est rapportée et fixée une peau (ou plusieurs sections de peau reliées entre elles). De façon similaire, le volet 12 est composé de nervures 121 sur lesquelles est rapportée une peau (ou plusieurs sections de peau reliées entre elles).
En référence aux figures 3, 5 et 7, l'axe de rotation des volets 12 est matérialisé par des tourillons 2, présents à chaque extrémité du volet 12, ces tourillons étant montés libres en rotation dans des paliers 1411 solidaires de nervures dites support 141.
Selon le mode de réalisation illustré par les figures 3 et 4, on prévoit le montage de moyens d'actionnement 3, en l'occurrence des vérins électriques, sur des nervures 14 disposées entre les nervures supports 141 des tourillons 2.
Le corps 32 de ces vérins électriques est monté pivotant sur la nervure 14 correspondante et leur tige 31 est reliée par une liaison pivot au volet 12, les tiges 31 agissant chacune sur un axe d'entraînement 122 parallèle à l'axe de rotation du volet. De tels axes d'entraînement sont supportés par des paliers solidaires de nervures 121 du volet 12.
On note que, si l'encombrement des moyens d'actionnement est trop important pour que ceux-ci soient logés à l'intérieur de la pale, il peut être prévu de rapporter un capotage complémentaire 15.
Selon les modes de réalisation illustrés par les figures 5 et 7, les moyens 30 d'actionnement 3 sont montés sur les nervures 141 en dehors de l'espace s'étendant entre celles-ci, et agissent sur les tourillons 2.
Tel que cela apparaît sur la figure 6, les moyens d'actionnement sont de type à déplacement linéaire et sont constitués par des vérins électriques portant une crémaillère 33 destinée à coopérer avec une roue dentée 21 solidaire du tourillon 2 correspondant.
En référence aux figures 7 et 8 qui illustrent une variante du mode de réalisation des figures 5 et 6, les moyens d'actionnement 3 sont constitués par un moteur électrique portant à l'extrémité de son arbre sortant une vis sans fin 34 destinée à coopérer avec un pignon 22 solidaire du tourillon 2 correspondant.
Bien entendu, d'autres modes de réalisation sont envisageables pour assurer l'entraînement en rotation du volet pivotant sans sortir du cadre de l'invention, notamment par l'intermédiaire d'un jeu de biellettes ou autres.

Claims (19)

REVENDICATIONS
1. Pale d' aérogénérateur, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps principal (11) et au moins un volet pivotant (12) par rapport audit corps principal (11), autour d'un axe de rotation sensiblement parallèle au bord de fuite (13) de ladite pale, ledit volet s'étendant transversalement essentiellement entre son axe de rotation et ledit bord de fuite.
2. Pale d'aérogénérateur selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit axe de rotation est matérialisé par au moins un tourillon s'étendant entre un bord latéral dudit volet pivotant et au moins un élément support inséré dans le corps principal de ladite pale.
3. Pale d'aérogénérateur selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit corps principal (11) comprend au moins un mât, une pluralité de nervures (14), (141) accouplées audit mât, et au moins une peau solidaire desdites nervures (14), (141) et/ou dudit mât, ledit axe de rotation étant matérialisé par au moins un tourillon (2) s'étendant entre un bord latéral dudit volet pivotant (12) et au moins une nervure (141) dudit corps principal (11).
4. Pale d'aérogénérateur selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit ou lesdits tourillons (2) sont solidaires en rotation dudit volet pivotant (12) et sont chacun montés libres en rotation dans un palier (1411) porté par une nervure (141), dite nervure support, dudit corps principal (11).
5. Pale d'aérogénérateur selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit axe est matérialisé par deux tourillons (2) s'étendant de part et d'autre dudit volet pivotant (12) et montés chacun dans une nervure support (141).
6. Pale d'aérogénérateur selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle intègre des moyens d'actionnement (3) dudit volet pivotant (12), lesdits moyens d'actionnement (3) étant montés en dehors de l'espace s'étendant entre lesdites nervures support (141).
7. Pale d'aérogénérateur selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdits moyens d'actionnement (3) agissent sur ledit ou lesdits tourillons (2).
8. Pale d'aérogénérateur selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits moyens d'actionnement (3) coopèrent avec ledit ou lesdits tourillons (2) par l'intermédiaire d'une liaison appartenant au groupe suivant: vis sans fin/pignon; crémaillère/roue dentée.
9. Pale d'aérogénérateur selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle intègre des moyens d'actionnement (3) dudit volet pivotant (12), lesdits moyens d'actionnement (3) étant montés entre lesdites nervures supports (141).
10. Pale d'aérogénérateur selon la revendication 9, caractérisée en ce que lesdits moyens d'actionnement agissent sur un axe d'entraînement monté sur ledit volet pivotant et s'étendent parallèlement à l'axe de rotation du volet.
11. Pale d'aérogénérateur selon la revendication 10, caractérisée en ce que lesdits moyens d'actionnement sont de type à déplacement linéaire et sont couplés par une liaison pivot d'une part audit axe d'entraînement et, d'autre part, audit corps principal de ladite pale.
12. Pale d'aérogénérateur selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisée en ce que lesdits moyens d'actionnement sont supportés par au moins une nervure dudit corps principal.
13. Pale d'aérogénérateur selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisée en ce que lesdits moyens d'actionnement sont électriques.
14. Pale d'aérogénérateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que ledit ou lesdits volets pivotants sont constitués d'une structure du type à nervures sur lesquelles est rapportée une peau.
15. Pale d'aérogénérateur selon l'une quelconque des revendications 3 à 14, caractérise en ce que ledit ou lesdits tourillons sont montés sur au moins l'une desdites nervures dudit volet.
16. Pale d'aérogénérateur selon les revendications 10 et 14, caractérisée en ce que ledit ou lesdits axes d'entraînement sont montés sur au moins l'une desdites nervures dudit volet.
17. Pale d'aérogénérateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisée en ce qu'elle comprend deux volets pivotants (12).
18. Pale d'aérogénérateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisée en ce que ledit ou lesdits volets (12) peuvent pivoter de part et d'autre d'une position neutre dans laquelle ledit ou lesdits volets (12) sont alignés avec ledit corps principal (1l).
19. Aérogénérateur caractérisé en ce qu'il comprend au moins une pale comprenant un corps principal (11) et au moins un volet pivotant (12) par rapport audit corps principal (11), autour d'un axe de rotation sensiblement parallèle au bord de fuite de ladite pale (13).
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