WO2009056702A2 - Amélioration d'une hélice oscillante pour un aérogénérateur bipale - Google Patents

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oscillation
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Definitions

  • the present invention relates to the field of renewable energies, and proposes in particular an improvement of an oscillating propeller for a two-bladed aerator.
  • the problem causing the invention but which should not limit the scope of the present application, relates to three-blade wind turbines consisting of a rotor rigidly mounted on a drive shaft which allows to drive an electric generator via a multiplier or not, the rotor for converting the kinetic energy of the wind into mechanical or electrical energy.
  • the advantage is that the rotor is aerodynamically and mechanically balanced.
  • the fact that the rotor is mounted rigidly on the drive axis of the wind turbines causes strong stresses and increased fatigue since the dissymmetry of the aerodynamic forces acting on the disk swept by the three blades produces effects of torsions on the rotor, on the axis of drive of the wind turbines and on all the nacelle of these wind turbines tri blades.
  • the three-bladed wind turbines are replaced by two-bladed winders. But when the rotor of two-bladed wind turbines is mounted rigidly on the drive axis of these two-bladed wind turbines, the aerodynamic stresses are even more accentuated.
  • the current solutions propose two-blade wind turbines with the advantage of reducing the weight and the costs of the wind turbine installations and which consist of a rotor mounted in an articulated way on the axis of drive of the wind turbines so as to drive the axis of drive by a hinge pin.
  • This axis of articulation is perpendicular to the drive axis and perpendicular to the axis of the blades.
  • This system is also called “oscillating hub” and reduces the aerodynamic stresses present on the two-blade wind turbines of the prior art about 30%.
  • the rotor joints made by bearings are sensitive to the stresses on the rotor and show signs of early wear.
  • the oscillation movements of the rotor hub lead to very strong stresses abutting the drive axis of the wind turbines.
  • JP 61 17 5277 proposes to prevent the contact wear between a hub and a fork caused by the oscillation of a rotor by providing a two-segment fork on the peripheral portion of a rotary shaft mounted on the top a guy and mount it to attach the rotor hub with shock-absorbing material.
  • WO 96, 20343 proposes an aerogenerator equipped with hydraulic cylinders which are controlled to allow the blades to move at desired angles of conicity.
  • the object of the invention is therefore to improve the "oscillating hub" system of a two-bladed wind turbine so as to reduce the amplitude of oscillation of the propeller constituted by the rotor and the blades and the forces on the devices. return or braking of the oscillation of the propeller.
  • a propeller of a two-blade type aerogenerator mounted symmetrically with respect to the center of a hub of a rotor, the two-bladed aerator being erected at the so-called upper end of a mast.
  • the hub is mounted integral in rotation with a drive shaft ( ⁇ ) of the wind turbine and articulated via a hinge member to the drive axis ( ⁇ ) of the wind turbine to drive an electrical generator implanted in a nacelle
  • the hinge axis articulation element ( ⁇ ) perpendicular to the drive axis ( ⁇ ) of the aerogenerator forms an angle ( ⁇ ) with the normal (N) to the axis ( ⁇ ) of the blades to allow an oscillation movement of the helix along the axis of articulation ( ⁇ )
  • the intermediate elements are provided between the hinge member and the hub in circularly shaped orifices formed on the lateral surface of the hub along the axis of articulation ( ⁇ ) of the hinge member;
  • the hinge member being substantially cylindrical in shape or the hinge assembly constituting an assembly substantially forming a cylinder
  • the intermediate elements being made of elastomer and reinforced by rigid lamellae of metal or textile or composite to allow the rotation of the articulation element in the hub of the rotor ensuring the oscillation of the helix, these intermediate elements deforming according to the oscillation movement of the propeller to reduce the mechanical stresses exerted on the structure of the wind turbine;
  • the oscillating propeller comprising resilient devices provided to exert an elastic restoring force on all or part of the propeller oscillation movement.
  • the helix comprises elastic devices designed to exert an elastic restoring force on all the movement or a part of the oscillation movement of the helix, the elastic devices being springs or elastomer pads.
  • the propeller comprises damping devices provided for braking all the movement or a part of the oscillating movement of the articulation element, the damping devices being of hydraulic or viscoelastic type.
  • at least two hydraulic stops are fixedly mounted on the hub of the rotor and symmetrically with respect to the drive axis ( ⁇ ) for braking the oscillation movement of the propeller.
  • the angle ( ⁇ ) is substantially between 40 and 85 ° relative to the normal (N) to the axis ( ⁇ ) of the blades and makes it possible to correct the angle of attack of the blades relative to in the wind.
  • Another object is achieved by proposing an operation of an oscillating propeller of an aerogenerator comprising a hinge element making it possible to transmit the driving torque of a hub of the propeller to a drive shaft ( ⁇ ) of the aerogenerator for driving an electric generator implanted in a nacelle, characterized in that the propeller can oscillate along the axis of articulation ( ⁇ ) between so-called extreme angular positions, these extreme angular positions being determined as soon as a hydraulic stop fixedly mounted on the hub of the rotor is in contact with the drive shaft of the wind turbine and the propeller oscillation movement to reduce the aerodynamic stresses on the wind turbine is ensured by the rotation along the axis articulation ( ⁇ ) of the articulation element.
  • the propeller can oscillate "freely" on a part of its oscillation movement between the two extremal angular positions as long as the amplitude of oscillation is lower than this free oscillation movement.
  • FIG. 1 represents a diagram of the oscillating helix according to the invention
  • FIG. 2 illustrates the oscillation movement of the oscillating helix according to the invention:
  • FIG. 2a shows the helix according to the invention in its original position
  • FIG. 2b represents the helix according to the invention in FIG. an oscillation position
  • FIG. 2c shows the helix in an abutment position
  • FIG. 3 illustrates the angle of attack of the blades with respect to the wind:
  • FIG. 3a represents the angle of attack of the blades with respect to the wind when the oscillating propeller is in its original position and
  • FIG. representing the angle of attack of the blades with respect to the wind for the oscillating propeller in oscillation position, the comparison between Figures 3a and 3b illustrating the variation of the angle of attack of the blades with respect to the wind; and
  • FIG. 4 shows a front view of the hub of the rotor in the direction of the hinge axis of the hinge element.
  • the present invention aims to improve an oscillating propeller (1) of a two-bladed aerator so as to reduce the dynamic and kinematic stresses on the two-bladed aerator.
  • the invention relates to a propeller (1) oscillating a wind turbine type two blades (10, 11) mounted symmetrically with respect to the center of a hub (12) of a rotor.
  • the hub (12) of the rotor is mounted to rotate with a drive shaft ( ⁇ ) of the wind turbine and articulated to the drive shaft ( ⁇ ) of the wind turbine via a hinge member (123).
  • the articulation hinge element (123) perpendicular to the drive axis ( ⁇ ) of the wind turbine forms an angle ( ⁇ ) with the normal (N) to the axis ( ⁇ ) blades (10, 11).
  • the hinge element, or the assembly of the joints constituting a set, (123) of form substantially cylindrical thus allows the transmission of the engine torque from the hub (12) of the propeller (1) to the drive shaft ( ⁇ ) of the wind turbine so that the drive shaft ( ⁇ ) drives an electric generator implanted in a nacelle via a multiplier (2) or not to convert this wind energy into electrical or mechanical energy.
  • the nacelle is rotatably mounted at a so-called upper end of a guyed or unmounted support mast, so that the blades (10, 11) are positioned in front of the nacelle.
  • the so-called lower end of the support mast is anchored to the ground and, in the case of a guyed support mast, the support mast is held vertically by the stays anchored to the ground at one end and connected to the support mast by a second end.
  • the elevation of the aerogenerator on the support mast is effected by means of a known lifting system.
  • the hinge element (123) allows the propeller (1) to oscillate or pivot according to the hinge pin ( ⁇ ) of the hinge member (123). Indeed, the rotation of the hinge element (123) along the axis of articulation ( ⁇ ) causes an oscillation or pivoting movement for the helix (1) along the axis of articulation ( ⁇ ). .
  • This oscillation or pivoting movement of the propeller (1) allows it to adapt to the heterogeneity of the wind and to reduce the bending generated by the propeller (1) on the drive shaft ( ⁇ ) of the wind turbine.
  • intermediate elements (124) are provided between the articulation element (123) and the hub (12) in orifices (125) of circular shape and of diameter greater than the diameter of the element. hinge. These orifices (125) are formed on the lateral surface of the hub (12) along the axis of articulation ( ⁇ ) of the articulation element (123).
  • These intermediate elements (124) inserted into the orifices (125) are made of elastomer and are reinforced by rigid lamellae of metal or textile or composite, thus offering a high compressive strength and flexibility in shear sufficient to allow the rotation of the element articulation (123) in the hub (12) of the rotor ensuring the pivoting or oscillation of the helix (1) along the axis of articulation ( ⁇ ).
  • these intermediate elements (124) can deform, as shown in Figure 4b, so as to reduce the mechanical stresses exerted on the wind turbine.
  • these intermediate elements (124) have the advantage of a long service life and exemption from any maintenance.
  • the oscillating propeller (1) comprises elastic devices such as springs or elastomeric pads so as to exert a resilient restoring force on all or part of the oscillation movement of the propeller (1) and damping devices of the hydraulic or viscoelastic type, such as in the example shown in FIG. 1b, hydraulic stops (121, 122), so as to slow down all the movement or part of the oscillation movement of the propeller (1 ).
  • the oscillating movement of the propeller (1) is braked by the two hydraulic stops (121, 122) fixedly mounted on the hub (12) of the rotor and symmetrically with respect to the drive shaft ( ⁇ ), as illustrated in Figure 2a.
  • the helix (1) can oscillate, as illustrated in FIG. 2b, between so-called extreme angular positions (A), these extreme angular positions (A) being determined as soon as the stops (121, 122) come into contact with each other.
  • the drive shaft ( ⁇ ) of the wind turbine as shown in Figure 2c.
  • the angle ( ⁇ ) that the hinge axis ( ⁇ ) of the hinge element (123) with the normal (N) to the axis ( ⁇ ) of the blades (10, 11) is substantially understood between 40 and 85 ° relative to the normal (N) to the axis ( ⁇ ) of the blades (10, 11).
  • This coupling is such as to stabilize the aerodynamic propeller (1) with a reduced oscillation amplitude of a ratio 2 to 5 compared to that of the propellers of the prior art.
  • This reduction in the oscillation amplitude of the blades (10, 11) makes it possible to position the oscillating helix (1) closer to the support mast.
  • this angle ( ⁇ ) makes it possible to reduce the forces on the elastic devices and damping devices of the oscillating propeller (1).
  • this angle ( ⁇ ) considerably reduces the dimensioning of the hydraulic stops (121, 122) for braking the oscillation movement of the propeller (1).
  • the helix (1) can thus oscillate or pivot via the rotation of the articulation element (123) between its extreme angular positions (A) limited by the two hydraulic stops (121, 122). while having the usual rotational movement due to the wind energy so as to convert the wind energy into electric or mechanical energy, this rotational movement of the propeller (1) driving an electric generator through a drive axis ( ⁇ ).
  • the propeller (1) can oscillate "freely” in a so-called “free” oscillation zone, which allows canceling the bending phenomenon on the driving axis ( ⁇ ) as long as the amplitude of the oscillation movement is less than this free oscillation movement.
  • the so-called "free" oscillation zone of the helix (1) is large enough for the amplitude of the oscillation movement to be recorded in this so-called “free” oscillation zone of the propeller. (1) as long as the wind turbine is operating normally.
  • a damping device dampens this excessive oscillation movement which can be generated for example by a sudden change in wind direction.
  • the damping device of the hydraulic type is equipped with a device called “force limiter” which makes it possible to maintain the braking force of the oscillating movement of the propeller (1) in intensities that are bearable by the structure of the wind turbine.
  • this hydraulic damping device is designed in such a way that its effect increases when the oscillation movement increases, which makes it possible to maintain the braking efficiency throughout the damping of the excessive oscillation movement of the helix (1).

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Abstract

L'invention concerne une hélice (1) oscillante d'un aérogénérateur de type à deux pales (10, 11) montées symétriquement par rapport au centre d'un moyeu (12) d'un rotor, l'aérogénérateur étant érigé à l'extrémité haute d'un mât support et l'extrémité basse du mât ancrée au sol. Le moyeu (12) est monté solidaire en rotation d'un axe d'entraînement (ω) de l'aérogénérateur et de façon articulée via un élément d'articulation (123) à l'axe d'entraînement (ω) pour entraîner un générateur électrique. L'élément d'articulation (123) d'axe d'articulation (Δ) perpendiculaire à l'axe d'entraînement (ω) forme un angle (δ) avec la normale (N) à l'axe (γ) des pales (10, 11). Des éléments intercalaires sont prévus entre l'élément d'articulation (123) et le moyeu (12) dans des orifices (125) de forme circulaire formés sur la surface latérale du moyeu (12) selon l'axe d'articulation (Δ).

Description

Amélioration d'une hélice oscillante pour un aérogénérateur bipale.
La présente invention concerne le domaine des énergies renouvelables, et propose en particulier une amélioration d'une hélice oscillante pour un aérogénérateur bipale.
Le problème à l'origine de l'invention, mais qui ne doit pas limiter la portée de la présente demande, concerne les éoliennes à trois pales constituées d'un rotor monté de façon rigide sur un axe d'entraînement qui permet d'entraîner un générateur électrique par l'intermédiaire ou non d'un multiplicateur, le rotor permettant de transformer l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique ou électrique. Dans de telles éoliennes, l'avantage est que le rotor est aérodynamiquement et mécaniquement équilibré. Mais le fait que le rotor soit monté de façon rigide sur l'axe d'entraînement des éoliennes provoque des sollicitations fortes et une fatigue accentuée puisque la dissymétrie des forces aérodynamiques qui s'exercent sur le disque balayé par les trois pales produit des effets de torsions sur le rotor, sur l'axe d'entraînement des éoliennes et sur toute la nacelle de ces éoliennes tri pales.
De façon à réduire le poids et les coûts des installations éoliennes, les éoliennes tripales sont remplacées par des éoiiennes bipales. Mais lorsque le rotor des éoliennes bipales est monté de façon rigide sur l'axe d'entraînement de ces éoliennes bipales, les sollicitations aérodynamiques sont encore plus accentuées.
Les solutions actuelles proposent des éoliennes bipales présentant l'avantage de réduire le poids et les coûts des installations éoliennes et qui sont constituées d'un rotor monté de façon articulée sur l'axe d'entraînement des éoliennes de façon à entraîner l'axe d'entraînement par un axe d'articulation. Cet axe d'articulation est perpendiculaire à l'axe d'entraînement et perpendiculaire à l'axe des pales. Ce système est encore appelé « moyeu oscillant » et permet de réduire les sollicitations aérodynamiques présentes sur les éoliennes bipales de l'art antérieur d'environ 30 %. Mais les articulations du rotor réalisées au moyen de roulements sont sensibles aux contraintes qui s'exercent sur le rotor et présentent des signes d'usure précoce. Par ailleurs, les mouvements d'oscillation du moyeu du rotor conduisent à des contraintes très fortes en butée sur l'axe d'entraînement des éoliennes.
Le document JP 61 17 5277 propose d'empêcher l'usure de contact entre un moyeu et une fourche provoquée par l'oscillation d'un rotor en fournissant une fourche à deux segments sur la partie périphérique d'un arbre rotatif monté sur le dessus d'un hauban et de la monter afin d'attacher le moyeu du rotor par un matériel absorbant les chocs.
Le document WO 96, 20343 propose un aérogénérateur équipé de cylindres hydrauliques qui sont commandés pour permettre le mouvement des pales selon des angles de conicité désirés.
Et le document US 4 522 561 propose un amortisseur en lacet pour résister à la rotation de l'ensemble principal d'un aérogénérateur autour d'un axe vertical. Mais l'amortissement est réalisé par une action de cisaillement imposée à l'huile par la rotation de disques relativement à un disque central.
Mais ces dispositifs d'amortissement sont lourds et coûteux et ne permettent pas de réaliser un amortissement de grande qualité. Bien évidemment, pour remédier à de tels inconvénients, des butées hydrauliques ont été imaginées et les roulements ont été progressivement remplacés par des articulations élastiques constituées d'éléments en caoutchouc/métal lamifiés qui permettent de reprendre les mouvements d'oscillation du moyeu du rotor. Le but de l'invention est donc de perfectionner le système de « moyeu oscillant » d'un aérogénérateur de type bipale de façon à réduire l'amplitude d'oscillation de l'hélice constituée du rotor et des pales et les efforts sur les dispositifs de rappel ou de freinage de l'oscillation de l'hélice.
Pour atteindre ce but, une héliceoscillante d'un aérogénérateur de type à deux pales montées symétriquement par rapport au centre d'un moyeu d'un rotor, l'aérogénérateur bipale étant érigé à l'extrémité dite haute d'un mât support et l'extrémité dite basse du mât support ancrée au sol caractérisée en ce que le moyeu est monté solidaire en rotation d'un axe d'entraînement (ω) de l'aérogénérateur et de façon articulée via un élément d'articulation à l'axe d'entraînement (ω) de l'aérogénérateur de façon à entraîner un générateur électrique implanté dans une nacelle, l'élément d'articulation d'axe d'articulation (Δ) perpendiculaire à l'axe d'entraînement (ω) de l'aérogénérateur forme un angle (δ) avec la normale (N) à l'axe (γ) des pales pour permettre un mouvement d'oscillation de l'hélice selon l'axe d'articulation (Δ), des éléments intercalaires sont prévus entre l'élément d'articulation et le moyeu dans des orifices de forme circulaire formés sur la surface latérale du moyeu selon l'axe d'articulation (Δ) de l'élément d'articulation;
l'élément d'articulation étant de forme sensiblement cylindrique ou l'assemblage des articulation constituant un ensemble formant sensiblement un cylindre ;
les éléments intercalaires étant en élastomère et renforcés par des lamelles rigides en métal ou textile ou composite pour permettre la rotation de l'élément d'articulation dans le moyeu du rotor assurant l'oscillation de l'hélice, ces éléments intercalaires se déformant en fonction du mouvement d'oscillation de l'hélice pour diminuer les sollicitations mécaniques s' exerçant sur la structure de l'aérogénérateur ; et
l'hélice oscillante comprenant des dispositifs élastiques prévus pour exercer une force de rappel élastique sur tout le mouvement ou une partie du mouvement d'oscillation de l'hélice.
Selon une autre particularité, l'hélice comprend des dispositifs élastiques prévus pour exercer une force de rappel élastique sur tout le mouvement ou une partie du mouvement d'oscillation de l'hélice, les dispositifs élastiques étant des ressorts ou des tampons en élastomère. Selon une autre particularité, l'hélice comprend des dispositifs amortisseurs prévus pour freiner tout le mouvement ou une partie du mouvement d'oscillation de l'élément d'articulation, les dispositifs amortisseurs étant de type hydraulique ou viscoélastique. Selon une autre particularité, au moins deux butées hydrauliques sont montées fixement sur le moyeu du rotor et symétriquement par rapport à l'axe d'entraînement (ω) pour freiner le mouvement d'oscillation de l'hélice.
Selon une autre particularité, l'angle (δ) est sensiblement compris entre 40 et 85° par rapport à la normale (N) à l'axe (γ) des pales et permet de corriger l'angle d'attaque des pales par rapport au vent.
Un autre but est atteint en proposant un fonctionnement d'une hélice oscillante d'un aérogénérateur comprenant un élément d'articulation permettant de transmettre le couple moteur d'un moyeu de l'hélice à un axe d'entraînement (ω) de l'aérogénérateur pour entraîner un générateur électrique implanté dans une nacelle, caractérisé en ce que l'hélice peut osciller selon l'axe d'articulation (Δ) entre des positions angulaires dites extrémales, ces positions angulaires extrémales étant déterminées dès lors qu'une butée hydraulique montée fixement sur le moyeu du rotor est en contact avec l'axe d'entraînement de l'aérogénérateur et le mouvement d'oscillation de l'hélice permettant de réduire les sollicitations aérodynamiques sur l'aérogénérateur est assuré par la rotation selon l'axe d'articulation (Δ) de l'élément d'articulation.
Selon une autre particularité, l'hélice peut osciller « librement » sur une partie de son mouvement d'oscillation entre les deux positions angulaires extrémales tant que l'amplitude d'oscillation est inférieure à ce mouvement d'oscillation libre.
Selon une autre particularité, au-delà du mouvement d'oscillation « libre » c'est-à-dire pour un mouvement d'oscillation excessif de l'hélice, un dispositif amortisseur de type hydraulique est utilisé afin d'amortir ce mouvement d'oscillation excessif. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs dans lesquelles : - la figure 1 représente un schéma de l'hélice oscillante selon l'invention ;
- la figure 2 illustre le mouvement d'oscillation de l'hélice oscillante selon l'invention : la figure 2a représente l'hélice selon l'invention dans sa position d'origine, la figure 2b représente l'hélice selon l'invention dans une position d'oscillation et la figure 2c représente l'hélice dans une position en butée ;
- la figure 3 illustre l'angle d'attaque des pales par rapport au vent : la figure 3a représentant l'angle d'attaque des pales par rapport au vent lorsque l'hélice oscillante est dans sa position d'origine et la figure 3b représentant l'angle d'attaque des pales par rapport au vent pour l'hélice oscillante en position d'oscillation, la comparaison entre les figures 3a et 3b illustrant la variation de l'angle d'attaque des pales par rapport au vent ; et
- la figure 4 représente une vue de face du moyeu du rotor dans la direction de l'axe d'articulation de l'élément d'articulation. La présente invention a pour but d'améliorer une hélice (1) oscillante d'un aérogénérateur bipale de façon à réduire les sollicitations dynamiques et cinématiques sur l'aérogénérateur bipale. En référence à la figure 1 , l'invention concerne une hélice (1) oscillante d'un aérogénérateur de type à deux pales (10, 11) montées symétriquement par rapport au centre d'un moyeu (12) d'un rotor. Le moyeu (12) du rotor est monté solidaire en rotation d'un axe d'entraînement (ω) de l'aérogénérateur et de façon articulée à l'axe d'entraînement (ω) de l'aérogénérateur via un élément d'articulation (123). L'élément d'articulation (123) d'axe d'articulation (Δ) perpendiculaire à l'axe d'entraînement (ω) de l'aérogénérateur forme un angle (δ) avec la normale (N) à l'axe (γ) des pales (10, 11). De cette façon, l'élément d'articulation, ou l'assemblage des articulations constituant un ensemble, (123) de forme sensiblement cylindrique permet ainsi la transmission du couple moteur du moyeu (12) de l'hélice (1) à l'axe d'entraînement (ω) de l'aérogénérateur de façon à ce que l'axe d'entraînement (ω) entraîne un générateur électrique implanté dans une nacelle par l'intermédiaire ou non d'un multiplicateur (2) pour convertir cette énergie éolienne en énergie électrique ou mécanique. La nacelle est montée en rotation à une extrémité dite haute d'un mât support haubané ou sans haubans, de façon à ce que les pales (10, 11 ) soient positionnées en avant de la nacelle. L'extrémité dite basse du mât support est ancrée au sol et, dans le cas d'un mât support haubané, le mât support est maintenu verticalement par les haubans ancrés au sol par une première extrémité et reliés au mât support par une deuxième extrémité. Il est à noter que l'élévation de l'aérogénérateur sur le mât support s'effectue au moyen d'un système de levage connu.
En plus de la transmission du couple moteur du moyeu (12) à l'axe d'entraînement (ω), l'élément d'articulation (123) permet à l'hélice (1) d'osciller ou de pivoter selon l'axe d'articulation (Δ) de l'élément d'articulation (123). En effet, la rotation de l'élément d'articulation (123) selon l'axe d'articulation (Δ) entraîne un mouvement d'oscillation ou pivotement pour l'hélice (1) selon l'axe d'articulation (Δ). Ce mouvement d'oscillation ou pivotement de l'hélice (1) lui permet de s'adapter à l'hétérogénéité du vent et de réduire la flexion générée par l'hélice (1) sur l'axe d'entraînement (ω) de l'aérogénérateur.
En référence à la figure 4a, des éléments intercalaires (124) sont prévus entre l'élément d'articulation (123) et le moyeu (12) dans des orifices (125) de forme circulaire et de diamètre supérieur au diamètre de l'élément d'articulation. Ces orifices (125) sont formés sur la surface latérale du moyeu (12) selon l'axe d'articulation (Δ) de l'élément d'articulation (123). Ces éléments intercalaires (124) insérés dans les orifices (125) sont en élastomère et sont renforcés par des lamelles rigides en métal ou textile ou composite offrant ainsi une résistance élevée à la compression et une souplesse en cisaillement suffisante pour permettre la rotation de l'élément d'articulation (123) dans le moyeu (12) du rotor assurant le pivotement ou oscillation de l'hélice (1) selon l'axe d'articulation (Δ). Lors de ce mouvement d'oscillation ou pivotement de l'hélice (1), ces éléments intercalaires (124) peuvent se déformer, comme illustré à la figure 4b, de façon à diminuer les sollicitations mécaniques s'exerçant sur l'aérogénérateur. En outre, ces éléments intercalaires (124) présentent l'avantage d'une durée de vie importante et une dispense de tout entretien.
L'hélice oscillante (1) comporte des dispositifs élastiques tels que des ressorts ou des tampons en élastomère de façon à exercer une force de rappel élastique sur tout le mouvement ou une partie du mouvement d'oscillation de l'hélice (1) et des dispositifs amortisseurs de type hydraulique ou viscoélastique, comme notamment dans l'exemple représenté à la figure 1b, des butées hydrauliques (121 , 122), de façon à freiner tout le mouvement ou une partie du mouvement d'oscillation de l'hélice (1 ). Le mouvement d'oscillation de l'hélice (1) est freiné par les deux butées hydrauliques (121, 122) montées fixement sur le moyeu (12) du rotor et symétriquement par rapport à l'axe d'entraînement (ω), comme illustré à la figure 2a. Ainsi l'hélice (1 ) peut osciller, comme illustré à la figure 2b, entre des positions angulaires dites extrémales (A), ces positions angulaires extrémales (A) étant déterminées dès lors que les butées (121 , 122) sont en contact avec l'axe d'entraînement (ω) de l'aérogénérateur, comme illustré à la figure 2c.
L'angle (δ) que fait l'axe d'articulation (Δ) de l'élément d'articulation (123) avec la normale (N) à l'axe (γ) des pales (10, 11 ) est sensiblement compris entre 40 et 85° par rapport à la normale (N) à l'axe (γ) des pales (10, 11). L'un des avantages de cet angle (δ), comme illustré à la figure 3, est qu'il permet aux pales (10, 11) de corriger de façon automatique et dans un sens favorable leur angle d'attaque (oc) par rapport au vent, l'angle (α1) correspondant à l'angle d'attaque corrigé par rapport à l'angle d'attaque (α) quand l'hélice (1) est dans sa position d'origine, de façon à réduire l'amplitude du mouvement d'oscillation de l'hélice (1 ) et notamment les déplacements ou mouvements d'oscillation se produisant à l'extrémité des pales (10, 11). En effet, comme illustré à la figure 3b, cet angle (δ) permet un couplage entre l'angle d'oscillation de l'hélice (1) et l'angle d'incidence des pales (10, 11). Ce couplage est tel qu'il permet de stabiliser aérodynamiquement l'hélice (1) avec une amplitude d'oscillation réduite d'un rapport 2 à 5 comparé à celle des hélices de l'art antérieur. Cette diminution de l'amplitude d'oscillation des pales (10, 11) permet de positionner l'hélice oscillante (1) plus près du mât support. En outre, cet angle (δ) permet de réduire les efforts sur les dispositifs élastiques et les dispositifs amortisseurs de l'hélice oscillante (1). Enfin, cet angle (δ) permet de réduire de façon considérable le dimensionnement des butées hydrauliques (121, 122) permettant de freiner le mouvement d'oscillation de l'hélice (1).
On décrira ci-après le fonctionnement de l'hélice (1) oscillante selon l'invention qui vient d'être décrite.
En référence à la figure 2b, l'hélice (1 ) peut donc osciller ou pivoter via la rotation de l'élément d'articulation (123) entre ses positions angulaires extrémales (A) limitées par les deux butées hydrauliques (121 , 122) tout en ayant le mouvement de rotation habituel dû à l'énergie du vent de façon à convertir l'énergie éolienne en énergie électrique ou mécanique, ce mouvement de rotation de l'hélice (1 ) entraînant un générateur électrique par l'intermédiaire d'un axe d'entraînement (Δ).
Entre ses positions angulaires extrémales (A) et sur une partie du mouvement d'oscillation de l'hélice (1), l'hélice (1) peut osciller « librement » dans une zone d'oscillation dite « libre » ce qui permet d'annuler le phénomène de flexion s'exerçant sur l'axe d'entraînement (ω) tant que l'amplitude du mouvement d'oscillation est inférieure à ce mouvement d'oscillation libre. Il est à noter que la zone d'oscillation dite « libre » de l'hélice (1) est suffisamment grande pour que l'amplitude du mouvement d'oscillation soit inscrite dans cette zone d'oscillation dite « libre » de l'hélice (1) tant que l'aérogénérateur fonctionne normalement. Au-delà de cette zone d'oscillation « libre » c'est à dire pour un mouvement d'oscillation excessif de l'hélice (1 ), un dispositif amortisseur amortit ce mouvement d'oscillation excessif qui peut être généré par exemple, par une brusque variation de la direction du vent. Le dispositif amortisseur de type hydraulique est équipé d'un dispositif appelé « limiteur d'effort » qui permet de maintenir l'effort de freinage du mouvement d'oscillation de l'hélice (1 ) dans des intensités supportables par la structure de l'aérogénérateur. En outre, ce dispositif amortisseur de type hydraulique est conçu de telle façon que son effet augmente quand le mouvement d'oscillation augmente, ce qui permet de conserver l'efficacité du freinage tout au long de l'amortissement du mouvement d'oscillation excessif de l'hélice (1 ).
Un des avantages de l'invention est que l'hélice oscillante (1 ) de l'aérogénérateur bipale permet de réduire de façon considérable les sollicitations aérodynamiques s'exerçant sur l'aérogénérateur permettant un gain significatif de poids et de coûts. II doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes, et l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS
1. Hélice (1) oscillante d'un aérogénérateur de type à deux pales (10, 11 ) montées symétriquement par rapport au centre d'un moyeu (12) d'un rotor, l'aérogénérateur bipale étant érigé à l'extrémité dite haute d'un mât support et l'extrémité dite basse du mât support ancrée au sol caractérisée en ce que le moyeu (12) est monté solidaire en rotation d'un axe d'entraînement (ω) de l'aérogénérateur et de façon articulée via un élément d'articulation (123) à l'axe d'entraînement (ω) de l'aérogénérateur de façon à entraîner un générateur électrique implanté dans une nacelle, l'élément d'articulation (123) d'axe d'articulation (Δ) perpendiculaire à l'axe d'entraînement (ω) de l'aérogénérateur forme un angle (δ) avec la normale (N) à l'axe (γ) des pales (10, 11) pour permettre un mouvement d'oscillation de l'hélice (1) selon l'axe d'articulation (Δ), des éléments intercalaires (124) sont prévus entre l'élément d'articulation (123) et le moyeu (12) dans des orifices (125) de forme circulaire formés sur la surface latérale du moyeu (12) selon l'axe d'articulation (Δ) de l'élément d'articulation (123) ;
l'élément d'articulation (123) étant de forme sensiblement cylindrique ou l'assemblage des articulation constituant un ensemble formant sensiblement un cylindre ;
les éléments intercalaires (124) étant en élastomère et renforcés par des lamelles rigides en métal ou textile ou composite pour permettre la rotation de l'élément d'articulation (123) dans le moyeu (12) du rotor assurant l'oscillation de l'hélice (1), ces éléments intercalaires (124) se déformant en fonction du mouvement d'oscillation de l'hélice (1 ) pour diminuer les sollicitations mécaniques s'exerçant sur la structure de l'aérogénérateur ; et
l'hélice oscillante comprenant des dispositifs élastiques prévus pour exercer une force de rappel élastique sur tout le mouvement ou une partie du mouvement d'oscillation de l'hélice (1) .
2. Hélice (1) oscillante d'un aérogénérateur selon la revendication 1 , caractérisée en ce que les dispositifs élastiques sont des ressorts ou des tampons en élastomère.
3. Hélice (1 ) oscillante d'un aérogénérateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend des dispositifs amortisseurs prévus pour freiner tout le mouvement ou une partie du mouvement d'oscillation de l'hélice (1), les dispositifs amortisseurs étant de type hydraulique ou viscoélastique.
4. Hélice (1) oscillante d'un aérogénérateur selon une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'au moins deux butées hydrauliques (121 , 122) sont montées fixement sur le moyeu (12) du rotor et symétriquement par rapport à l'axe d'entraînement (ω) pour freiner le mouvement d'oscillation de l'hélice (1)-
5. Hélice (1) oscillante d'un aérogénérateur selon une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'angle (δ) est sensiblement compris entre 40 et 85° par rapport à la normale (N) à l'axe (γ) des pales (10, 11) et permet de corriger l'angle d'attaque (α) des pales (10, 11 ) par rapport au vent.
6. Fonctionnement d'une hélice (1 ) oscillante d'un aérogénérateur selon une des revendications 1 à 5 comprenant un élément d'articulation (123) permettant de transmettre le couple moteur d'un moyeu (12) de l'hélice (1) à un axe d'entraînement (ω) de l'aérogénérateur pour entraîner un générateur électrique implanté dans une nacelle caractérisé en ce que l'hélice (1) peut osciller selon l'axe d'articulation (Δ) entre des positions angulaires dites extrémales (A), ces positions angulaires extrémales (A) étant déterminées dès lors qu'une butée hydraulique (121 , 122) montée fixement sur le moyeu (12) du rotor est en contact avec l'axe d'entraînement (ω) de l'aérogénérateur et le mouvement d'oscillation de l'hélice (1) permettant de réduire les sollicitations aérodynamiques sur l'aérogénérateur est assuré par la rotation selon l'axe d'articulation (Δ) de l'élément d'articulation (123).
7. Fonctionnement d'une hélice (1) oscillante selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'hélice (1) peut osciller « librement » sur une partie de son mouvement d'oscillation entre les deux positions angulaires extrémales (A) tant que l'amplitude du mouvement d'oscillation est inférieure à ce mouvement d'oscillation libre.
8. Fonctionnement d'une hélice (1) oscillante selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que au-delà du mouvement d'oscillation « libre » c'est-à- dire pour un mouvement d'oscillation excessif de l'hélice (1), un dispositif amortisseur de type hydraulique est utilisé afin d'amortir ce mouvement d'oscillation excessif.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9382897B2 (en) 2010-05-31 2016-07-05 Windchallenge B.V. Wind turbine with a centrifugal force driven adjustable pitch angle and cables retaining blades in a hub
CN112334651A (zh) * 2018-06-18 2021-02-05 踏驰文德布鲁有限公司 转子组件及包括转子组件的风车

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4522561A (en) * 1980-07-30 1985-06-11 Carter Wind Power Wind-driven generator apparatus
JPS61175277A (ja) * 1985-01-29 1986-08-06 Yamaha Motor Co Ltd プロペラ型風車のロ−タ支持構造
US5584655A (en) * 1994-12-21 1996-12-17 The Wind Turbine Company Rotor device and control for wind turbine
ES2140301B1 (es) * 1997-05-20 2001-09-01 Torres Martinez M Aerogenerador.
FR2861140B1 (fr) * 2003-10-17 2006-01-06 Silvio Barbati Helice a axe vertical et a deux pales oscillantes pour capter l'energie eolienne ou hydraulique

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9382897B2 (en) 2010-05-31 2016-07-05 Windchallenge B.V. Wind turbine with a centrifugal force driven adjustable pitch angle and cables retaining blades in a hub
CN112334651A (zh) * 2018-06-18 2021-02-05 踏驰文德布鲁有限公司 转子组件及包括转子组件的风车

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