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REVENDICATIONS
1. Hélice motrice pour installation éolienne, comprenant un moyeu centrifuge (1) et au moins deux pales (3) liées chacune au moyeu centrifuge par un arbre creux (2), le moyeu centrifuge (1) et les pales (3) formant un ensemble rotatif qui se meut en rotation autour d'un axe sous l'effet du vent agissant sur les pales, à une vitesse qui dépend de la force du vent, caractérisée en ce que le moyeu centrifuge (1) contient, pour chaque pale (3), une paire d'organes de pression (4, 5), dont la force de résistance élastique diffère, qui sont agencés pour exercer l'un après l'autre une action de retenue à l'égard du décalage axial vers l'extérieur que la pale (3) subit, par suite de la force centrifuge, lorsque l'hélice tourne,
et des moyens de réglage (11, 12) qui modifient l'angle d'inclinaison de la pale dans le vent en dépendance dudit décalage axial et, par celui-ci, en dépendance de la vitesse de rotation de l'hélice.
2. Hélice motrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux organes de pression (4, 5) sont agencés ainsi: le premier, ayant la force de résistance élastique la plus faible (4), pour conditionner une première partie dudit décalage axial qui correspond à des valeurs de force centrifuge relativement faibles qui se produisent lors du démarrage de l'hélice, et le second, ayant la force de résistance élastique la plus élevée (5), pour conditionner une dernière partie dudit décalage axial qui correspond à des valeurs de force centrifuge élevées qui se présentent lorsque I'h8ice. par grand vent, tourne à une vitesse élevée, proche du maximum admissible, la différence entre les forces de résistance élastique des deux organes de pression établissant un domaine intermédiaire de valeurs de vitesses moyennes de l'hélice,
dans lequel toute la partie du déplacement axial conditionnée par l'organe de pression à force de résistance élastique basse est déjà intervenue mais où la partie de déplacement axial conditionnée par l'organe de pression à force de résistance élastique élevée n'est encore pas intervenue.
3. Hélice motrice selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdits organes de pression consistent en deux ressorts hélicoïdaux coaxiaux (4, 5).
4. Hélice motrice selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit premier ressort hélicoïdal (4) est disposé à l'intérieur de l'arbre creux (2), autour d'une tige (6) qui pénètre dans cet arbre creux.
5. Hélice motrice selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'une extrémité dudit premier ressort hélicoidal (4) s'appuie contre une plaque de fermeture (7) de l'arbre creux (2), solidaire de celui-ci, à l'intérieur du moyeu centrifuge (1), L'autre extrémité de ce premier ressort hélicoïdal (4) s'appuyant contre un écrou (ou collerette) (16), fixé à l'extrémité de ladite tige (6) et, par là, solidaire du moyeu centrifuge (1), ladite plaque de fermeture (7) étant apte à se déplacer radialement, avec l'arbre creux et la plae, d'une distance x, à l'encontre de l'action du seul premier ressort hélicoïdal (4), jusqu'à venir en appui contre un organe-chariot (8) réagissant à l'action du second ressort (5).
6. Hélice motrice selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit second ressort hélico'idal (5) est disposé entre un élément (17) solidaire du moyeu centrifuge (1) et ledit organe-chariot (8), ce dernier n'étant apte à accomplir, contre l'action du ressort hélicoïdal court (5), qu'un certain déplacement axial d'une distance y qui permet à l'arbre creux (2) et à la pale (3) d'accomplir, en plus dudit déplacement x, un déplacement égal à ladite distance y lorsque la force centrifuge à laquelle la pale (3) est sujette atteint des valeurs élevées.
7. Hélice motrice selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que lesdits moyens de réglage consistent en un galet (11) lié à l'arbre creux (2) et se déplaçant longitudinalement avec lui, et en une encoche de guidage (12) ménagée dans une douille fixe (13) solidaire du moyeu centrifuge et entourant l'arbre creux (2), ce galet (11) étant en engagement dans ladite encoche (12), de façon qu'un déplacement longitudinal du galet s'accompagne obligatoirement, par un effet de came provenant d'une forme adéquate de
L'encoche (12), d'un déplacement rotatif de l'arbre creux (2) et de la pale.
8. Hélice motrice selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite encoche de guidage (12) présente la forme générale d'un L.
9. Hélice motrice selon rune des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que ladite encoche (12) comprend une première partie, parcourue par le galet (11) lors d'une première partie de déplacement axial à l'encontre de l'action de l'organe de pression (4) ayant la plus petite force de résistance élastique, qui présente une inclinaison telle qu'un déplacement axial vers l'extérieur de l'arbre creux (2) et de la pale (3) provoque un déplacement rotatif dans un sens de ces derniers, cette encoche (12) présentant par ailleurs une seconde partie, parcourue par le galet (11) lors d'un déplacement axial effectué principalement à l'encontre de l'action dudit organe de pression (5) ayant une force de résistance élastique élevée,
qui présente une inclinaison telle qu'un déplacement axial de l'arbre creux (2) et de la pale (3) provoque un déplacement rotatif de ces derniers dans la direction inverse de celui intervenu alors que le galet (11) parcourait ladite première partie de l'encoche (12).
La présente invention concerne une hélice motrice pour installation éolienne, comprenant un moyeu centrifuge et au moins deux pales liées chacune au moyeu centrifuge par un arbre creux, le moyeu centrifuge et les pales formant un ensemble rotatif qui se meut en rotation autour d'un axe sous l'effet du vent agissant sur les pales, à une vitesse qui dépend de la force du vent.
Dans une installation éolienne, c'est-à-dire une installation fournissant une force motrice à partir du vent, de ce genre, il est nécessaire de modifier l'inclinaison des pales dans le vent en relation avec la vitesse du vent, afin d'éviter l'endommagement, voire la destruction, des parties rotatives, notamment du générateur électrique qu'une telle éolienne entraîne le plus souvent, qu'une vitesse rotative par trop élevée entraînerait du fait de la force centrifuge et, en ce qui concerne le générateur, également du fait de la surcharge électrique consécutive à une vitesse rotative par trop élevée.
L'exposé de demande de brevet allemande No 2444948 publiée avant examen propose un mécanisme de réglage de ce genre dans lequel, pour obtenir une modification de l'angle d'inclinaison des pales, ces dernières sont sujettes, par rapport au moyeu qui les porte, à un mouvement rotatif hélicoïdal, les pales étant montées d'une façon rotative sur des tourillons qui s'étendent radialement par rapport à l'axe de l'hélice. Les pales sont déplacées vers l'extérieur par l'effet de la force centrifuge, à l'encontre d'une force élastique de ressort, et elles subissent en même temps une rotation autour de l'axe du tourillon qui les porte. Dans ce but, un ressort de réglage est logé dans chacun desdits tourillons, lesquels sont par ailleurs soudés à l'axe du rotor de l'hélice.
Une rotation hélicoïdale des pales est obtenue par l'effet d'une rainure en forme de spirale établie dans un manteau extérieur, solidaire de la pale, entourant l'agencement de palier de cette pale, un organe de guidage solidaire du tourillon se trouvant en engagement avec cette rainure hélicoïdale.
Cette solution est techniquement relativement compliquée, étant donné que le ressort situé dans le tourillon, de même que les moyens de réglage, se trouvent disposés à l'extérieur du moyeu centrifuge.
De plus, cette manière de faire antérieurement connue ne tient pas compte des différentes phases dans lesquelles peut se situer le mouvement rotatif de l'hélice, c'est-à-dire qu'elle ne tient pas compte du fait que des conditions particulières et différentes existent, par exemple, au moment des démarrages de l'installation éolienne ou, au contraire, au moment où une forte vitesse du vent tendrait à emballer l'hélice, ce qui doit absolument être évité. Le dispositif de réglage doit donc avoir un effet différencié, voire opposé, dans le domaine des vitesses rotatives faibles et dans le domaine des vitesses rotatives relativement élevées. Cela n'était pas possible avec le dispositif
connu précité. Par ailleurs, celui-ci ne pouvait pas assurer le maintien de l'angle d'inclinaison à une valeur constante dans un certain domaine de vitesses moyennes.
Le but de la présente invention est de fournir une hélice motrice d'installation éolienne qui soit techniquement simple à réaliser, dont l'entretien ne présente pas de problème et qui soit exempte de certains inconvénients et insuffisances qui grevaient les dispositions analogues de l'art antérieur. L'hélice d'installation éolienne selon l'invention doit permettre, et assurer, un réglage adéquat et nuancé de l'inclinaison des pales, tenant compte des différentes phases (ou domaines) des vitesses de rotation possibles de l'hélice.
L'objet de l'invention, correspondant à la définition générique précédemment énoncée, atteint ce but par la présence, conjointement aux caractères impliqués par cette définition générique, des caractères particuliers énoncés dans la caractéristiques de la première revendication.
Les revendications suivantes définissent des formes d'exécution particulièrement avantageuses de l'objet de l'invention, notamment en ce qui concerne la construction des organes de pression, avantageusement constitués de deux ressorts hélicoïdaux cylindriques dont l'un est plus long et notablement moins fort que l'autre, et notamment aussi en ce qui concerne la constitution des moyens de réglage qui sont avantageusement une poulie (ou un rouleau suiveur) montée sur l'arbre creux solidaire de la pale et engagée dans une rainure de guidage ménagée dans un manteau cylindrique fixe, cette rainure ayant une configuration telle qu'un déplacement axial de l'arbre creux s'accompagne adéquatement d'un déplacement rotatif de cet arbre creux et de la pale autour de l'axe de l'arbre creux.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention; son unique figure représente, partiellement en coupe, le moyeu centrifuge de l'hélice et les divers éléments et organes qui y sont logés, cette figure montrant encore une petite portion, voisine du moyeu centrifuge, des pales de l'hélice.
L'hélice d'installation éolienne consiste en un moyeu centrifuge 1 et en au moins deux pales 3 qui sont liées au moyeu centrifuge chacune par l'intermédiaire d'un arbre creux 2. Dans la forme d'exécution représentée, L'arbre creux est solidaire de la pale tandis que des organes solidaires du moyeu centrifuge se situent, d'une part, à l'intérieur de l'arbre creux et, d'autre part, autour de celui-ci. En variante, cette disposition pourrait naturellement être inversée. Les pales sont montées dans des plaques d'acier 14 à une extrémité desquelles sont soudés les arbres creux 2, respectivement. Le moyeu centrifuge 1, portant les arbres creux 2 et les pales 3, forme un ensemble susceptible de se mouvoir en rotation autour d'un axe substantiellement vertical ou horizontal, sous l'effet du vent, à une vitesse de rotation influencée par la force du vent.
A l'intérieur du moyeu centrifuge 1 se trouvent deux paires de ressorts hélicoïdaux 4 et 5 qui sont de dimensions notablement différentes. L'un des ressorts hélicoïdaux 4, de chacune des paires, est fait d'un fil dont le diamètre est notablement plus petit que le diamètre du fil dont est fait l'autre ressort hélicoïdal, 5, de la paire. La longueur du ressort hélicoïdal 4 est supérieure à la longueur de l'autre ressort hélicoïdal 5, lequel entoure une partie de l'arbre creux et du ressort 4 situé â l'intérieur de l'arbre creux. On a une paire de ressorts hélicoïdaux 4, 5 pour chaque pale 3 de l'hélice; dans le cas où l'on aurait plus de deux pales, on aurait également plus de deux paires de ressorts hélicoïdaux.
Les deux ressorts hélicoïdaux attribués à une pale sont disposés de façon à contrecarrer le déplacement axial vers l'extérieur que la pale correspondante tend à effectuer, sous l'action de la force centrifuge, lorsque l'hélice est mue en rotation par le vent.
Chaque ressort hélicoïdal long 4 se trouve à l'intérieur de l'arbre creux correspondant, où il entoure une tige 6 fixée par une extrémité au moyeu centrifuge I et pénétrant à l'intérieur de l'arbre creux 2.
Ce ressort s'appuie à une extrémité contre un écrou 16, de préférence a surface extérieure cylindrique vissée à l'extrémité de la tige 6, et, à son autre extrémité, s'appuie contre une plaque de fermeture 7 fixée à l'extrémité libre de l'arbre creux 2 et dont le diamètre intérieur correspond, à un jeu de coulissement près, au diamètre extérieur de la tige 6, le diamètre extérieur de l'écrou 16 correspondant quant à lui, également à un jeu de coulissement près, au diamètre intérieur de l'arbre creux. Le ressort hélicoïdal 4 est donc logé dans un espace annulaire pratiquement fermé, situé entre la tige 6 et l'arbre creux 2, et son action élastique tend à ramener l'arbre creux 2 vers l'intérieur du moyeu centrifuge 5.
Lorsque la pale correspondante 3, lors du mouvement rotatif de l'hélice, se trouve tirée vers l'extérieur par l'effet de la force centrifuge, L'arbre creux 2, avec sa plaque de fermeture 7, se déplace axialement, avec la pale, à l'encontre de l'action du ressort hélicoïdal long 4 logé dans l'arbre creux 2. Dans ces conditions, la plaque de fermeture 7 se déplace axialement d'une distance x, jusqu'à ce qu'elle vienne buter contre un chariot 8. Ce dernier, qui est pourvu vers l'extérieur d'au moins deux poulies 10 qui roulent dans une encoche longitudinale ménagée, pour chaque poulie, dans une plaque de guidage 9, constitue une surface d'appui 18 contre laquelle vient s'appuyer une extrémité du ressort hélicoïdal court 5, disposé à l'extérieur de l'arbre creux 2 qu'il entoure, à une certaine distance.
L'autre extrémité du ressort hélicoïdal court 5 s'appuie contre une butée d'arrêt 17, fixe par rapport au moyeu centrifuge (de préférence fixée par des vis à une joue annulaire d'extrémité à laquelle les plaques de guidage 9 sont soudées).
Comme la force nécessaire pour vaincre l'action du ressort hélicoïdal 5, jusqu'à amener la plaque de fermeture 7 en appui contre le chariot 8, est (ou en tous les cas peut être) nettement inférieure à la force nécessaire pour comprimer le ressort hélicoïdal court 5, la force d'action centrifuge croissante qui a amené la plaque de fermeture 7 en appui contre le chariot 8 peut encore subir une notable augmentation avant de provoquer un déplacement du chariot 8 à l'encontre du ressort hélicoïdal court 5. Selon le réglage et le dimensionnement du dispositif, la plage de valeurs de forces qui ne provoque pas de nouveaux déplacements de la pale vers l'extérieur peut être très réduite ou très large.
Lorsque cette force a atteint une certaine valeur limite, déterminée par les caractéristiques du ressort 5, elle provoque, du fait de l'appui de la plaque de fermeture 7 contre le chariot 8, un déplacement de ce dernier à l'encontre de l'action du ressort hélicoïdal court 5. Un certain déplacement vers l'extérieur y de la pale 3, entraînant l'arbre creux 2, la plaque de fermeture 7 et le chariot 8, est encore possible, ensuite de quoi le chariot 8 vient buter contre l'extrémité d'une douille cylindrique 13 solidaire du moyeu centrifuge, tout déplacement axial plus loin vers l'extérieur étant dès lors empêché.
Un dispositif de réglage de la position angulaire est dévolu à chaque pale 3, ce dispositif étant également logé dans le moyeu centrifuge. Comme on le voit au dessin, il consiste en un galet 11 monté sur un téton fixé à l'extérieur de l'arbre creux 2, ce galet étant en engagement dans une encoche de guidage 12 ménagée dans la douille cylindrique fixe 13 qui entoure l'arbre creux 2. Cette encoche de guidage 12 présente, comme on le voit au dessin, la forme générale d'un L.
On comprend aisément que, lorsque sous l'effet de la force centrifuge engendrée par le mouvement rotatif de l'hélice l'arbre creux 2, portant la pale 3, se déplace axialement vers l'extérieur, à l'encontre tout d'abord du ressort long 4, puis du ressort court 5, le galet 11, qui subit le même déplacement axial, impose à l'arbre creux un déplacement rotatif donné par l'effet de came de l'encoche 12.
Ainsi, I'inclinaison de la pale est rendue dépendante de la vitesse de rotation de celle-ci.
On voit en 15 un agencement à levier qui assure une synchronisation du mouvement axial des deux pales 3. Ce dispositif serait tout aussi facilement réalisable s'il existait trois pales, dont les mouvements axiaux devraient similairement être synchronisés.
Dans le cas d'un fonctionnement normal de l'hélice, c'est le ressort hélicoïdal long et faible 4 qui travaille, se comprimant d'une certaine longueur allant jusqu'à la distance x. Simultanément, le galet 11 roule dans une partie de la forme de L de l'encoche 12 ayant une pente telle que l'inclinaison des pales diminue, permettant d'ob tenir une meilleure utilisation d'un vent dont la force augmente à l'intérieur d'un domaine dans lequel aucun emballement de l'hélice n'est à craindre. Ensuite, comme on l'a vu, la force du vent peut augmenter dans une certaine mesure, faisant augmenter encore la vitesse de rotation de l'hélice, mais sans que l'inclinaison de ces pales ne subisse une nouvelle variation.
Enfin, lorsque la force du vent atteint une certaine valeur critique, une légère augmentation de la vitesse de l'hélice amène la force centrifuge à une valeur telle qu'un nouveau déplacement vers l'extérieur est possible, avec coulissement du chariot 8 à l'encontre du ressort court et fort 5. A ce moment-là, le galet se déplace dans l'autre partie de la forme de L de l'encoche 12, dont l'inclinaison est telle qu'un très léger déplacement axial augmente l'inclinaison des pales de telle façon que le vent perd la plus grande partie de son efficacité et ne risque pas de provoquer l'emballement de l'hélice.
Il y a lieu d'indiquer que, dans les considérations qui précèdent, L'angle d'inclinaison est admis comme nul lorsque l'hélice oppose au vent une surface d'arrêt uniquement perpendiculaire à la direction du vent, I'inclinaison étant considérée comme augmentant (théoriquement jusqu'à une valeur maximale de 90r) au moment où la surface des pales devient oblique par rapport au vent (à la limite, avec l'angle maximal de 90 , les pales ne seraient plus que des lamelles dirigées parallèlement à la vitesse du vent et n'ayant plus d'effet d'entraînement rotatif).
Il est clair que, si l'on se rapporte à un système d'inclinaison inverse (angle minimal, lamelles parallèles au vent; angle maximal, lamelles perpendiculaires au vent, arrêtant celui-ci), les notions d'augmentation et de diminution d'inclinaison de l'hélice, dans les considérations précédemment énoncées, devraient être inversées.
On remarque que, à l'aide du dispositif qui vient d'être décrit,
I'inclinaison des pales est toujours choisie de façon optimale, cette inclinaison variant en cours de fonctionnement si la vitesse du vent se modifie. Les paramètres techniques constitués par les coefficients d'élasticité des deux ressorts 4 et 5, de même que par la forme, modifiable à volonté, de l'encoche 12, permettent de donner au fonctionnement de l'hélice toutes les caractéristiques désirables, dans les différentes conditions qui peuvent se rencontrer dans le cas d'une installation éolienne.
Le dispositif en question est en fait un dispositif mécanique qui tire son énergie de réglage de la fonction du mouvement des masses des pales, lesquelles se déplacent ainsi sous l'action, contrôlée, de la force centrifuge.
Avec un dispositif selon la conception particulière décrite, il est possible:
a) de modifier adéquatement l'inclinaison des pales de l'hélice durant la phase de démarrage de l'installation éolienne,
b) de laisser l'angle d'inclinaison des pales à une valeur déterminée dans un certain domaine de vitesses prédéterminées,
c) de modifier à nouveau l'angle d'inclinaison des pales pour établir une bonne stabilisation de la vitesse de l'hélice (et ainsi éviter tout risque d'emballement) lorsque la vitesse du vent dépasse une certaine valeur prédéterminée.
La disposition, pour chaque pale, d'une paire de moyens de pression et d'un organe de réglage à l'intérieur du moyeu centrifuge 1 de l'hélice permet un entretien simple de ces organes et constitue une solution technique avantageuse.
On note que des vis 19, dont seule l'extrémité est filetée, sont vissées dans le chariot 18, ces vis comportant une partie cylindrique qui traverse la butée d'arrêt 17, de façon que la tête de chacune de ces vis soit en appui contre la face extérieure de la butée 17. Cet appui détermine la distance maximale entre la face 18 du chariot 8 et la butée 17, c'est-à-dire qu'elle détermine le degré de compression préalable du ressort hélicoïdal 5. Ces vis 19 établissent donc la position au repos du chariot 18.
Cette position au repos, conjointement avec les caractéristiques du ressort court 5 du chariot 8 et la face latérale de la butée 7, détermine donc la force de compression du ressort 5 au départ et, par là, la limite supérieure du domaine de forces dans lequel se présente un gradin de déplacement vers l'extérieur des pales, c'est-à-dire dans lequel aucun déplacement longitudinal des pales n'intervient. La limite inférieure de ce domaine de forces, intermédiaire, est établie par les caractéristiques du ressort long 4, conjointement avec la longueur que l'espace annulaire dans lequel il se trouve présente au moment où la pièce de fermeture 8 est en appui contre le chariot en position de repos, c'est-à-dire où la longueur originale de cet espace a été diminuée de la distance x.
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CLAIMS
1. Driving propeller for wind power installation, comprising a centrifugal hub (1) and at least two blades (3) each linked to the centrifugal hub by a hollow shaft (2), the centrifugal hub (1) and the blades (3) forming a rotary assembly which rotates around an axis under the effect of the wind acting on the blades, at a speed which depends on the force of the wind, characterized in that the centrifugal hub (1) contains, for each blade ( 3), a pair of pressure members (4, 5), of which the elastic resistance force differs, which are arranged to exert one after the other a retaining action with respect to the axial shift towards the outside that the blade (3) undergoes, as a result of centrifugal force, when the propeller turns,
and adjustment means (11, 12) which modify the angle of inclination of the blade in the wind in dependence on and by said axial offset, in dependence on the speed of rotation of the propeller.
2. Power propeller according to claim 1, characterized in that the two pressure members (4, 5) are arranged as follows: the first, having the lowest elastic resistance force (4), for conditioning a first part of said offset axial which corresponds to relatively low centrifugal force values which occur when the propeller starts, and the second, having the highest elastic resistance force (5), to condition a last part of said axial offset which corresponds to high centrifugal force values which arise when the in high winds, rotates at a high speed, close to the maximum allowable, the difference between the elastic resistance forces of the two pressure members establishing an intermediate range of values of mean propeller speeds,
in which all the part of the axial displacement conditioned by the pressure member with low elastic resistance force has already taken place but where the part of axial displacement conditioned by the pressure member with high elastic resistance force has not yet taken place .
3. Power propeller according to one of claims 1 or 2, characterized in that said pressure members consist of two coaxial helical springs (4, 5).
4. Driving propeller according to claim 3, characterized in that said first helical spring (4) is disposed inside the hollow shaft (2), around a rod (6) which penetrates into this hollow shaft.
5. Driving propeller according to claim 4, characterized in that one end of said first helical spring (4) bears against a closing plate (7) of the hollow shaft (2), integral with the latter, at the interior of the centrifugal hub (1), the other end of this first helical spring (4) pressing against a nut (or flange) (16), fixed to the end of said rod (6) and, by there, integral with the centrifugal hub (1), said closure plate (7) being able to move radially, with the hollow shaft and the plate, by a distance x, against the action of the first alone helical spring (4), until it comes to bear against a carriage member (8) reacting to the action of the second spring (5).
6. Driving propeller according to claim 5, characterized in that said second helical spring (5) is disposed between an element (17) integral with the centrifugal hub (1) and said carriage member (8), the latter does not being capable of accomplishing, against the action of the short helical spring (5), that a certain axial displacement of a distance y which allows the hollow shaft (2) and the blade (3) to accomplish, by more than said displacement x, a displacement equal to said distance y when the centrifugal force to which the blade (3) is subject reaches high values.
7. propeller according to one of claims 1 to 6, characterized in that said adjustment means consist of a roller (11) connected to the hollow shaft (2) and moving longitudinally with it, and in a notch of guide (12) formed in a fixed bush (13) integral with the centrifugal hub and surrounding the hollow shaft (2), this roller (11) being in engagement in said notch (12), so that a longitudinal displacement of the roller must be accompanied by a cam effect from an adequate form of
The notch (12), of a rotary movement of the hollow shaft (2) and the blade.
8. Power propeller according to claim 7, characterized in that said guide notch (12) has the general shape of an L.
9. Power propeller according to one of claims 7 or 8, characterized in that said notch (12) comprises a first part, traversed by the roller (11) during a first part of axial movement against the action of the pressure member (4) having the smallest elastic resistance force, which has an inclination such that an axial displacement towards the outside of the hollow shaft (2) and of the blade (3) causes a displacement rotatable in one direction thereof, this notch (12) also having a second part, traversed by the roller (11) during an axial movement carried out mainly against the action of said pressure member (5) having a high elastic resistance force,
which has an inclination such that an axial displacement of the hollow shaft (2) and of the blade (3) causes a rotary displacement of the latter in the opposite direction from that which occurred while the roller (11) traversed said first part notch (12).
The present invention relates to a propeller for wind power installation, comprising a centrifugal hub and at least two blades each linked to the centrifugal hub by a hollow shaft, the centrifugal hub and the blades forming a rotary assembly which rotates around an axis. under the effect of the wind acting on the blades, at a speed which depends on the strength of the wind.
In a wind installation, that is to say an installation providing a driving force from the wind, of this kind, it is necessary to modify the inclination of the blades in the wind in relation to the wind speed, in order to d '' avoid damaging, or even destroying, the rotating parts, in particular the electric generator that such a wind turbine most often drives, that a rotating speed that is too high would cause due to the centrifugal force and, as regards the generator, also due to the electrical overload following a too high rotary speed.
The description of German patent application No. 2444948 published before examination proposes an adjustment mechanism of this kind in which, in order to obtain a modification of the angle of inclination of the blades, the latter are subject, relative to the hub which carries them , to a helical rotary movement, the blades being rotatably mounted on pins which extend radially relative to the axis of the propeller. The blades are moved outward by the effect of centrifugal force, against an elastic spring force, and they are simultaneously rotated around the axis of the journal which carries them. For this purpose, an adjustment spring is housed in each of said journals, which are also welded to the axis of the propeller rotor.
A helical rotation of the blades is obtained by the effect of a spiral-shaped groove established in an outer mantle, integral with the blade, surrounding the bearing arrangement of this blade, a guide member integral with the pin being located engagement with this helical groove.
This solution is technically relatively complicated, since the spring located in the trunnion, as well as the adjustment means, are located outside the centrifugal hub.
In addition, this previously known manner of operating does not take into account the different phases in which the rotary movement of the propeller can be situated, that is to say it does not take into account the fact that particular conditions and different exist, for example, at the start of the wind installation or, on the contrary, at the moment when a strong wind speed tends to pack the propeller, which must absolutely be avoided. The adjustment device must therefore have a differentiated, even opposite, effect in the field of low rotary speeds and in the field of relatively high rotary speeds. It was not possible with the device
known above. Furthermore, it could not maintain the inclination angle at a constant value in a certain range of average speeds.
The object of the present invention is to provide a propeller for a wind power installation which is technically simple to carry out, the maintenance of which does not present any problem and which is free from certain drawbacks and insufficiencies which encumbered the analogous provisions of the art. prior. The wind turbine propeller according to the invention must allow, and ensure, an adequate and nuanced adjustment of the inclination of the blades, taking into account the different phases (or domains) of the possible speeds of rotation of the propeller.
The object of the invention, corresponding to the generic definition previously stated, achieves this aim by the presence, together with the characters implied by this generic definition, of the particular characters stated in the characteristics of the first claim.
The following claims define particularly advantageous embodiments of the subject of the invention, in particular with regard to the construction of the pressure members, advantageously consisting of two cylindrical helical springs, one of which is longer and significantly less strong than the other, and in particular also with regard to the constitution of the adjustment means which are advantageously a pulley (or a follower roller) mounted on the hollow shaft secured to the blade and engaged in a guide groove formed in a mantle cylindrical fixed, this groove having a configuration such that an axial displacement of the hollow shaft is adequately accompanied by a rotary displacement of this hollow shaft and of the blade around the axis of the hollow shaft.
The accompanying drawing illustrates, by way of example, an embodiment of the subject of the invention; its single figure represents, partially in section, the centrifugal hub of the propeller and the various elements and members housed therein, this figure still showing a small portion, close to the centrifugal hub, of the blades of the propeller.
The wind turbine propeller consists of a centrifugal hub 1 and at least two blades 3 which are connected to the centrifugal hub each via a hollow shaft 2. In the embodiment shown, The hollow shaft is integral with the blade while members integral with the centrifugal hub are located, on the one hand, inside the hollow shaft and, on the other hand, around it. As a variant, this arrangement could naturally be reversed. The blades are mounted in steel plates 14 at one end of which the hollow shafts 2 are welded, respectively. The centrifugal hub 1, carrying the hollow shafts 2 and the blades 3, forms an assembly capable of moving in rotation about a substantially vertical or horizontal axis, under the effect of the wind, at a rotation speed influenced by the force. the wind.
Inside the centrifugal hub 1 are two pairs of helical springs 4 and 5 which are significantly different in size. One of the coil springs 4, of each of the pairs, is made of a wire whose diameter is significantly smaller than the diameter of the wire from which the other coil spring, 5, of the pair is made. The length of the helical spring 4 is greater than the length of the other helical spring 5, which surrounds part of the hollow shaft and of the spring 4 located inside the hollow shaft. There is a pair of helical springs 4, 5 for each blade 3 of the propeller; in the case where there are more than two blades, there would also be more than two pairs of coil springs.
The two helical springs assigned to a blade are arranged so as to counteract the axial displacement towards the outside that the corresponding blade tends to effect, under the action of centrifugal force, when the propeller is rotated by the wind.
Each long helical spring 4 is located inside the corresponding hollow shaft, where it surrounds a rod 6 fixed at one end to the centrifugal hub I and penetrating inside the hollow shaft 2.
This spring bears at one end against a nut 16, preferably with a cylindrical outer surface screwed to the end of the rod 6, and, at its other end, bears against a closure plate 7 fixed to the end free of the hollow shaft 2 and the inside diameter of which corresponds, apart from a sliding clearance, to the outside diameter of the rod 6, the outside diameter of the nut 16 corresponding for its part, also to a sliding clearance, the inside diameter of the hollow shaft. The helical spring 4 is therefore housed in a practically closed annular space, located between the rod 6 and the hollow shaft 2, and its elastic action tends to bring the hollow shaft 2 towards the interior of the centrifugal hub 5.
When the corresponding blade 3, during the rotary movement of the propeller, is pulled outward by the effect of centrifugal force, the hollow shaft 2, with its closure plate 7, moves axially, with the blade, against the action of the long helical spring 4 housed in the hollow shaft 2. Under these conditions, the closure plate 7 moves axially by a distance x, until it comes to abut against a carriage 8. The latter, which is provided towards the outside with at least two pulleys 10 which roll in a longitudinal notch provided, for each pulley, in a guide plate 9, constitutes a bearing surface 18 against which comes to rest on one end of the short helical spring 5, placed outside the hollow shaft 2 which it surrounds, at a certain distance.
The other end of the short helical spring 5 bears against a stop stop 17, fixed relative to the centrifugal hub (preferably fixed by screws to an annular end cheek to which the guide plates 9 are welded) .
As the force necessary to overcome the action of the helical spring 5, until bringing the closure plate 7 in abutment against the carriage 8, is (or in any case can be) significantly less than the force necessary to compress the spring short helical 5, the increasing centrifugal action force which brought the closure plate 7 in abutment against the carriage 8 can still undergo a notable increase before causing a displacement of the carriage 8 against the short helical spring 5. According to When adjusting and dimensioning the device, the range of force values which does not cause the blade to move outward again can be very small or very wide.
When this force has reached a certain limit value, determined by the characteristics of the spring 5, it causes, due to the support of the closing plate 7 against the carriage 8, a displacement of the latter against the action of the short helical spring 5. A certain outward displacement y of the blade 3, driving the hollow shaft 2, the closing plate 7 and the carriage 8, is still possible, after which the carriage 8 abuts against the end of a cylindrical sleeve 13 secured to the centrifugal hub, any axial movement further outward is therefore prevented.
A device for adjusting the angular position is allocated to each blade 3, this device also being housed in the centrifugal hub. As can be seen in the drawing, it consists of a roller 11 mounted on a stud fixed to the outside of the hollow shaft 2, this roller being in engagement in a guide notch 12 formed in the fixed cylindrical sleeve 13 which surrounds the 'hollow shaft 2. This guide notch 12 has, as can be seen in the drawing, the general shape of an L.
It is easily understood that, under the effect of the centrifugal force generated by the rotary movement of the propeller the hollow shaft 2, carrying the blade 3, moves axially outwards, first of all against of the long spring 4, then of the short spring 5, the roller 11, which undergoes the same axial movement, imposes on the hollow shaft a rotary movement given by the cam effect of the notch 12.
Thus, the inclination of the blade is made dependent on the speed of rotation thereof.
15 shows a lever arrangement which ensures synchronization of the axial movement of the two blades 3. This device would be just as easily achievable if there were three blades, the axial movements of which should similarly be synchronized.
In the case of normal operation of the propeller, it is the long and weak helical spring 4 which works, compressing by a certain length up to the distance x. Simultaneously, the roller 11 rolls in a part of the L shape of the notch 12 having a slope such that the inclination of the blades decreases, making it possible to obtain better use of a wind whose force increases with the inside an area in which no runaway of the propeller is to be feared. Then, as we have seen, the force of the wind can increase to a certain extent, causing the propeller rotation speed to increase further, but without the inclination of these blades being subject to a further variation.
Finally, when the wind force reaches a certain critical value, a slight increase in the speed of the propeller brings the centrifugal force to a value such that a new movement towards the outside is possible, with sliding of the carriage 8 to 1 against the short and strong spring 5. At this time, the roller moves into the other part of the L shape of the notch 12, the inclination of which is such that a very slight axial displacement increases l he inclination of the blades so that the wind loses most of its efficiency and does not risk causing the propeller to run away.
It should be noted that, in the foregoing considerations, the angle of inclination is accepted as zero when the propeller opposes to the wind a stopping surface only perpendicular to the direction of the wind, the inclination being considered. as increasing (theoretically up to a maximum value of 90r) at the moment when the surface of the blades becomes oblique with respect to the wind (at the limit, with the maximum angle of 90, the blades would only be slats directed parallel to wind speed and no longer having a rotary drive effect).
It is clear that, if we refer to a reverse tilt system (minimum angle, slats parallel to the wind; maximum angle, slats perpendicular to the wind, stopping it), the concepts of increase and decrease d The tilt of the propeller, in the considerations set out above, should be reversed.
Note that, using the device which has just been described,
The inclination of the blades is always chosen optimally, this inclination varying during operation if the wind speed changes. The technical parameters constituted by the elasticity coefficients of the two springs 4 and 5, as well as by the shape, modifiable at will, of the notch 12, make it possible to give the operation of the propeller all the desirable characteristics, in the different conditions that may be encountered in the case of a wind installation.
The device in question is in fact a mechanical device which derives its energy for adjusting the function of the movement of the masses of the blades, which thus move under the controlled action of centrifugal force.
With a device according to the particular design described, it is possible:
a) to appropriately modify the inclination of the propeller blades during the start-up phase of the wind installation,
b) leaving the angle of inclination of the blades at a determined value in a certain range of predetermined speeds,
c) to modify again the angle of inclination of the blades to establish a good stabilization of the speed of the propeller (and thus avoid any risk of runaway) when the wind speed exceeds a certain predetermined value.
The arrangement, for each blade, of a pair of pressure means and of an adjustment member inside the centrifugal hub 1 of the propeller allows simple maintenance of these members and constitutes an advantageous technical solution.
It is noted that screws 19, of which only the end is threaded, are screwed into the carriage 18, these screws comprising a cylindrical part which passes through the stopper 17, so that the head of each of these screws is in support against the outer face of the stop 17. This support determines the maximum distance between the face 18 of the carriage 8 and the stop 17, that is to say that it determines the degree of preliminary compression of the helical spring 5. These screws 19 therefore establish the rest position of the carriage 18.
This rest position, together with the characteristics of the short spring 5 of the carriage 8 and the lateral face of the stop 7, therefore determines the compression force of the spring 5 at the start and, thereby, the upper limit of the force domain in which there is a step of outward displacement of the blades, that is to say in which no longitudinal displacement of the blades occurs. The lower limit of this intermediate force range is established by the characteristics of the long spring 4, together with the length that the annular space in which it is present when the closure part 8 is in abutment against the carriage in the rest position, that is to say where the original length of this space has been reduced by the distance x.