FR2783285A1 - Aerogenerateur a axe horizontal comportant jusqu'a 6 pales, destine a utiliser les basses vitesses de vent - Google Patents

Abstract

Aérogénérateur destiné à utiliser les basses vitesses de vent, c'est à dire des vitesses de vent de grande fréquence.L'invention concerne un aérogénérateur à axe horizontal possédant jusqu'à 6 pales, de vitesse de rotation variable avec limitation de celle-ci par pression sur hélice et, accessoirement par force centrifuge.Il comporte à cette fin, des moyens d'haubanage des pales (1) constitués de câbles principaux (2) accrochés sur un mât central (7) coulissant selon l'axe de rotation XX, les pales (1) formant un cône de révolution vers l'avant, des moyens de régulation obtenus en plaçant l'axe YY des pales (1) en désalignement par rapport à leur axe général ZZ, des moyens de régulation par pivotement des pales (1) vers l'arrière, des moyens d'assistance de régulation par dispositif ressort (8), des moyens de multiplication à deux étages (10) et (11), des moyens de régulation de tension et fréquence par alternateur (14) muni d'un coupleur (15), enfin, des moyens d'orientation à éléments parallèles (53) et (54), préférentiellement vrillés.L'aérogénérateur selon l'invention est particulièrement destiné à être installés en milieu sahélien.

Description

La présente invention concerne un aérogénérateur à axe horizontal,

possédant jusqu'à 6 pales, de vitesse de rotation variable avec limitation de cette vitesse en utilisant l a pression sur hélice et, accessoirement, la force centrifuge, s destiné à capter de faibles vitesses de vent, notamment en

milieu sahélien.

Depuis plusieurs décennies, les machines éoliennes ont été poussées vers des vitesses périphériques élevées, en vue

d'atteindre des puissances, en principe, plus importantes.

Ainsi, les constructeurs se sont trouvés contraints d'utiliser des concepts aérodynamiques, notamment des pales très étroites en extrémité et en nombre réduit, qui, non seulement ne facilitent pas le démarrage des machines, mais, entachent très fortement leur rendement aux basses vitesses S de vent, c'est à dire à moins de 6 mètres de vent par seconde,

celles qui nous intéressent.

Ces choix, même dans les régions les plus ventées, ne permet d'ailleurs pas de dépasser un taux de fonctionnement

utile de plus de 35% du temps.

Ce résultat peut cependant paraître satisfaisant lorsque, comme c'est le cas en Europe, une structure installée de grande importance existe déjà, soit en filières hydraulique, charbon ou nucléaire. Lorsque l'on se trouve en pays en développement, et, en particulier en Afrique sahélienne, o il n'y a en place, le plus souvent, qu'une énergie très limitée, la répartition dans l e

temps revêt une importance primordiale.

Il est plus opportun, dans ce cas, de disposer d'une puissance modeste couvrant les 3/4 du temps, que d'une puissance plus élevée réalisable seulement moins de 25% du temps. Ceci est d'autant plus justifié que le stockage par batteries, s'avérant particulièrement coûteux, ne peut- être considéré, en conséquence, que comme un moyen palliatif, à réserver dans des situations particulières, telles que services

hospitaliers pour exemple.

La plupart des aérogénérateurs actuels possèdent des courbes de puissance qui débutent à des vitesses de rotation bien définies, en correspondance avec une vitesse de vent dite

"vitesse d'accrochage".

En fait, I'expérimentation prouve qu'une hélice développe dès son entrée en mouvement une puissance non négligeable, le maximum de puissance étant atteint lorsque la vitesse de rotation se situe entre 55 et 70%/ de sa vitesse de rotation

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"libre" (aspects déjà observés par le physicien Smeaton vers

les années 1760, et toujours d'actualité).

Nous avons donc, pour toutes les hélices travaillant à vitesses nominales déterminées, une puissance disponible, de grande fréquence dans le temps, qui se trouve abandonnée en

dessous du seuil de début de production de ces machines.

Cette situation ne serait toutefois pas très défavorable si, comme on le croyait jusqu'à présent, I'énergie potentielle du vent variait selon le cube et non pas proche du carré de sa vitesse de déplacement, comme l'expérimentation semble le prouver. On remarquera, par ailleurs, que le maximum de production d'une hélice est obtenu, à pas initial optimum, avec des rapports U/V pratiquement constants. Certains constructeurs l'ont bien is compris et munissent leurs machines de variateurs à engrenages, hydrauliques, ou autres, afin d'ajuster la vitesse

périphérique de l'hélice avec la vitesse du vent.

Par ailleurs, pour simplification des raisonnements aérodynamiques, les profils des pales ont été assimilés à ceux des ailes portantes d'avion alors que la vocation motrice devait

seule être prise en considération.

L'aérogénérateur selon l'invention possède un concept permettant de produire le maximum d'énergie à vitesses de rotation variables sous faibles vitesses de vent, en particulier grâce à un alternateur de vitesse de rotation variable mais de fréquence et tension constantes, aux meilleurs coûts de

fabrication et d'utilisation.

L'aérogénérateur à cette fin comporte une hélice, à axe horizontal et à pas variable, possédant jusqu'à 6 pales, tournant face au vent en amont du pylône, pourvue de moyens d'haubanage des pales afin de les maintenir en position appropriée en formant un cône de révolution concave en direction du vent, des moyens de régulation par pivotement des pales selon un axe non confondu avec l'axe des pales afin de mettre ces pales en déséquilibre et permettre l'augmentation du pas par déplacement des pales vers l'arrière, des moyens d'assistance de régulation, des moyens de multiplication pour entraînement d'un alternateur ou d'une dynamo, de moyens de régulation de tension et de fréquence et de moyens d'orientation de l'hélice, se caractérisant notamment en ce que les moyens d'haubanage des pales peuvent comporter des câbles principaux accrochés d'une extrémité au 2/3 environ de la longueur de l'intrados des pales et de l'autre extrémité au bout d'un mât central placé et se déplaçant dans l'axe de rotation, en permettant aux pales de former à elles toutes un cône de révolution de l'ordre de 1 70 ,

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les moyens de régulation par pivotement des pales peuvent être assurés, compte tenu de la formation du cône de révolution précédent, en plaçant l'axe d'articulation des pales en désalignement par rapport à l'axe général des dites pales selon un angle décalé sur l'avant d'une valeur de 8 environ, les moyens d'assistance de régulation peuvent être essentiellement constitués d'un système à ressort calibré destiné à pousser le mât central afin de ramener systématiquement les pales au pas de référence contre leur butées respectives et le cône de révolution à sa valeur d'origine en dessous de la vitesse de rotation limite, les moyens de multiplication peuvent être assurés en deux étages, I'un à engrenages, I'autre étage à poulies et courroie, crantées ou non, permettant ainsi I a transmission du mouvement jusqu'à un alternateur ou une s15 dynamo, les moyens de régulation de tension et de fréquence peuvent être obtenus par un alternateur muni d'un coupleur qui permet de maintenir la vitesse relative de rotation de l'induit, par rapport à son stator, pratiquement constante, et, les moyens d'orientation peuvent être réalisés par dérive verticale ou par

roses des vents.

Selon des modes particuliers de réalisation:

- Chacun des câbles principaux de haubanage des pales peuvent-

être accrochés par une extrémités à leur pale respective à l'aide d'une manille double munie de paliers plastiques, permettant une articulation sous deux plans, I'autre extrémité du câble étant accrochée également de même manière sur un piton fixé sur un palonnier monté en bout du mat central, excentré par rapport à l'axe de rotation de l'hélice afin de participer à la

transmission du couple moteur.

- Les câbles principaux de haubanage des pales peuvent être assistés de câbles auxiliaires, placés entre chaque pale, accroché en intrados et en extrados au 1/3 de la longueur des dites pales, permettant ainsi de relier les pales entre-elles, des ressorts, intercalés à mi longueur ou placés à une extrémité, assurant la compensation des différences de distance et un

amortissement lors de changements de pas.

- Le mât central peut être guidé par un dispositif anti rotatoire constitué par des galets, axés sur un support solidaire du prolongement du moyeu, venant s'appuyer sur des plats fixés sur le dit mât central en opposition du couple transmis par l e palonnier, ces plats possédant une longueur suffisante pour conserver leur action lors du déplacement axial du dit mât central. - Le système ressort destiné à pousser et à maintenir le mât central peut être complété par des dispositifs, également à

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ressorts, munis d'amortisseurs accrochés, d'une extrémité au prolongement du moyeu, et, de l'autre, à chaque pied de pale, à une certaine distance de l'axe d'articulation afin de constituer un levier et d'amener un antagonisme supplémentaire à s l'effacement des pales en dessous de la puissance nominale de l'aérogénérateur. - L'articulation en pied de pale peut être réalisée par deux paliers à bagues plastiques pré-graissées montées à l'intérieur de manchons de caoutchouc, eux mêmes emmanchés dans deux tubes métalliques fixés directement sur le flasque de moyeu, ou fixés sur des plots boulonnables sur le dit flasque, le palier extérieur possédant de plus une butée plastique spéciale de façon à encaisser les efforts de réaction de la pression du vent

sur la pale.

- Le multiplicateur à engrenages peut posséder un arbre creux constituant moyeu d'hélice et sur lequel se trouvent fixés ou soudés le flasque et le prolongement de moyeu, cet arbre permet le passage du mât central, monté sur roulements à rouleaux

coniques opposés et préchargés, ce multiplicateur étant l ui-

même fixé par deux points inférieurs et deux jambes de force au

le plateau de nacelle.

- Le système ressort des moyens d'assistance de régulation peut être constitué d'un ressort calibré disposé sur un axe parallèle a l'axe de rotation de l'hélice afin de permettre le dégagement de la partie centrale, notamment pour la mise en place et l'entretien de l'alternateur et des différents contacts électriques. - La dérive verticale, constituant un des moyens d'orientation, peut comporter deux éléments allongés, parallèles et de faible épaisseur mais à bords recourbés sur toute leur longueur, ces bords recourbés étant dirigés vers l'extérieur, les éléments allongés étant placés à une certaine distance l'un de l'autre, sensiblement inférieure à leur profondeur, ces deux éléments étant vrillés sur eux même d'une certaine valeur en correspondance avec l'inclinaison d'écoulement du flux après à

la traversée de l'hélice.

- La rose des vents, constituant un autre moyen d'orientation, peut être constituée de deux roues disposées en oblique de part et d'autre de l'axe de rotation d'hélice prolongé, ceci afin que ces roues restent constamment en pression et que la plus faible différence de pression du vent entre-elles puisse entraîner l'une

ou l'autre dans le sens adéquat.

Les dessins annexés illustrent l'invention: - la figure 1 est une vue de coté, avec coupe partielle, de la partie hélice de l'aérogénérateur, selon l'invention, - la figure 2 est une vue de face, partielle et simplifiée, de I'hélice, - les figures 3 et 4 montrent des variantes d'accrochage de câbles, - la figure 5 représente une variante de complémentarité, - les figures 6 et 7 représentent d'autres variantes de complémentarité - la figure 8 montre, en vue simplifiée une, variante d'articulation de pied de pale, - la figure 9 est une coupe d'un détail de cette même variante, - la figure 10 représente une vue générale d'éléments secondaires, selon quelques variantes, en coupes partielles - les figures 11, 12 et 13 représentent des variantes d'orientation, s15 - la figure 14 est une autre variante d'orientation, - les figures 15 et 16 donnent un aperçu de profils aérodynamiques, - les figures 17 à 20 sont des graphiques explicatifs du choix du concept, En référence à ces dessins, et tout d'abord plus particulièrement aux figures 1 et 2, I'aérogénérateur possède des moyens d'haubanage des pales (1) comportant des câbles principaux (2) accrochés d'une extrémité (3) sur une attache (4) placée aux 2/3 de la longueur de l'intrados (5) des dites pales (1), accrochés de l'autre extrémité (6), en bout d'un mât central (7) placé et se déplaçant selon l'axe XX de rotation de l'hélice, en permettant aux pales (1) de former à elles toutes un cône de révolution A1 de l'ordre de 170 , concave en direction de l'origine du vent, dont le sens de déplacement est indiqué par I a flèche V. L'aérogénérateur possède par ailleurs des moyens de régulation par pivotement des pales (1) jusqu'à mise en drapeau, matérialisées, en figure 1, par la surface délimitée par les tirets, qui sont assurés, compte-tenu de la formation du cône de révolution A1 précédent, en plaçant l'axe YY d'articulation des pales (1) en désalignement par rapport à l'axe général ZZ des dites pales (1), selon un angle A2 décalé sur l'avant d'une valeur de 8 environ, le sens de rotation de l'hélice (le terme hélice étant considéré en cours de texte comme un terme générique désignant l'ensemble de la partie tournante offerte au

vent), étant défini arbitrairement dans cette description par l a

flèche S, de sorte que la surface des pales (1) soumise au vent, étant en déséquilibre, soit sollicitée en permanence par I a

pression du vent et, accessoirement par la force centrifuge.

Les moyens d'assistance de régulation sont essentiellement constitués d'un système ressort (8), de préférence calibré pour l'usage, destiné à pousser le mât (7) dans le sens de la flèche F afin de ramener ou de maintenir s systématiquement les pales (1) au pas de référence optimum contre leurs butées (9) respectives et, le cône de révolution A 1 à sa valeur d'origine lorsque l'hélice se trouve en dessous de sa

vitesse de rotation limite.

Les moyens de multiplication sont assurés en deux étages, lo le premier étage (10) est à engrenages parallèles, et de préférence à denture hélicoïdale le second étage (11), (vue en figure 10), est à poulies (12) et courroie (13), crantées ou non crantées, selon opportunité, permettant ainsi la transmission du mouvement de rotation jusqu'à un alternateur (14) ou une

dynamo.

Les moyens de régulation de tension et (ou) de fréquence sont obtenus par un alternateur (14) spécial ou une dynamo (vue également en figure 11) muni d'un coupleur (15) qui permet de maintenir la vitesse relative de rotation de l'induit par rapport à son stator pratiquement constante, en laissant le stator glisser en rotation de la valeur excédentaire à l'aide d'un dispositif électronique, cet appareillage n'étant pas représenté afin d'alléger le texte. Ce système a fait l'objet d'une demande de brevet FR N 97/09850 en date du 01/08/97 par MM Carré et

Pébayle.

Ce système, I'alternateur (14) associé à un coupleur (15), permet à l'hélice de travailler à vitesse variable selon un rapport U/V pratiquement constant, c'est à dire au rendement optimum. Les moyens d'orientation, enfin, sont assurés de préférence par dérive (16) (vue figure 11) verticale pour tous les modèles inférieurs à 10 mètres de diamètre, d'hélice ou, par rose des vents (17) (vue figure 14) pour les modèles de

diamètre supérieur, en installations unitaires.

Selon un mode préférentiel, illustré en figure 3, les câbles principaux (2) de haubanage des pales (1) sont accrochés par une de leur extrémité (3) à leurs pales respectives à l'aide d'une manille double (18) munie de paliers plastiques (19) en permettant ainsi une articulation sous deux plans, I'autre extrémité (6) de ces câbles (Z) étant accrochée de même manière sur des pitons (20) (figure 4) fixés sur un palonnier (21), monté en bout du mât central (7), excentrés par rapport à l'axe XX de rotation de l'hélice afin de participer à I a

transmission du couple moteur.

Dans le but de solidariser les pales (1) entre-elles dans le plan de rotation, sans entraver leur demi indépendance, les câbles principaux (2) sont assistés par des câbles auxiliaires (22), ou de tirants, placés entre chaque pale (1), accrochés en s intrados (5) et en extrados (23) au 1/3 environ de la longueur des dites pales (1) permettant ainsi de relier les pales (1) entre-elles, des ressorts (24), intercalés sensiblement à mi longueur, ou placés à une extrémité de ces câbles auxiliaires (22), assurant la compensation des différences de distance et

lo un amortissement lors de changements de pas.

En correspondance avec la nécessité de transmettre l e couple moteur de l'hélice au moyeu (25) tout en permettant le coulissement du mât central (7) selon l'axe XX, les figures 6 et 7 montrent que le dit mât central (7) est guidé par un dispositif s15 anti-rotatoire (26) constitué par des galets (27) axés sur un support (28) solidaire du prolongement (29) du moyeu (25), venant s'appuyer sur les plats (30) fixés, de préférence selon une disposition tripode, sur le dit mât central (7) en opposition du couple transmis par le palonnier (21), ces plats (30) possédant une longueur suffisante pour conserver leur action

lors du déplacement axial du dit mât central (7).

Afin de conserver les pales (1) sous une certaine contrainte par rapport à leur axe d'articulation YY, le système ressort (8), destiné à pousser et à maintenir le mât central (7) dans sa position d'origine, est complété, comme on le voit en figure 7, par des dispositifs (31), également à ressorts (32) munis le cas échéant d'amortisseurs (33) accrochés, d'une extrémité, au prolongement (29) du moyeu (25) et, de l'autre, à chaque pied (34) de pales (1) à une certaine distance de l'axe YY d'articulation, afin de constituer un bras de levier et d'amener ainsi un antagonisme supplémentaire à l'effacement des pales

(1) en dessous de la puissance nominale de l'aérogénérateur.

Les figures 8 et 9 sont représentative d'un mode préférentiel d'articulation en YY du pied (34) de pale (1) qui est réalisée par deux paliers (35) et (36) à bagues plastiques (37), de préférence prégraissées, montées à l'intérieur de manchons de caoutchouc (38), eux mêmes emmanchés dans deux tubes métalliques (39) fixés directement sur le flasque (40) de moyeu (25) ou, fixés sur des plots (41) boulonnables sur le dit flasque (40), le palier extérieur (35) possédant, de plus, une butée plastique (42) spéciale de façon à encaisser les efforts de réaction de la pression du vent sur la pale (1), ce palier (35) possédant par ailleurs toutes dispositions habituelles de ponctualisation.

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On remarquera, sur la figure 8 le point d'accrochage (43) des dispositifs (31) précédents, ainsi que la butée (9)

schématisée en tirets.

Ainsi qu'illustré en figure 10, le premier étage de s multiplication (10) à engrenages, en principe parallèles et hélicofdaux, possède un arbre creux (44) qui constitue en partie essentielle le moyeu (25) d'hélice et sur lequel se trouvent fixés le flasque (40) et le prolongement (29) de moyeu (25). Cet arbre (44), qui permet le passage du mât central (7) et son coulissement, est monté sur roulements à rouleaux coniques (45) et (46), opposés et préchargés, I'ensemble du multiplicateur (10) étant lui-même fixé par deux points inférieurs (47) et deux jambes de force (48) au plateau (49) de nacelle. Sur cette même figure, on voit que le système ressort (8), des moyens d'assistance de régulation, est avantageusement constitué, en variante, d'un ressort (50) calibré disposé sur un axe (51) parallèle à l'axe XX de rotation d'hélice afin de permettre le dégagement de la partie centrale de la nacelle, notamment pour faciliter la mise en place et l'entretien de l'alternateur et des différents contacts électriques. On notera l'utilisation d'un bloc butée (52), à billes ou à aiguilles, afin de

permettre une rotation sans perte d'énergie.

Parmi les moyens d'orientation, les figures 11, 12 et 13 sont représentatives d'une variante de dérive verticale, en différence très nette des modes utilisés habituellement. Elle comporte deux éléments allongés (53) et (54) parallèles et de faible épaisseur, à bords (55) recourbés sur la longueur des éléments (53) et (54) allongés, ces éléments allongés (53) et (54) étant par ailleurs placés à une certaine distance D sensiblement inférieure ou égale à la profondeur de ces dits éléments. Ces éléments (53) et (54) étant de préférence vrillés sur eux mêmes d'une certaine valeur en correspondance avec

l'inclinaison d'écoulement du flux après la traversée de l'hélice.

Une autre variante de dérive est représentée en figure 14, constituée de deux roues hélices (55) et (56) disposées en oblique de part et d'autre de l'axe XX prolongé, ceci afin que ces dites roues hélices (55) et (56) restent constamment en pression et que la plus faible différence de pression de vent existant entre elles puisse entraîner l'une ou l'autre dans le

sens adéquat.

La section des profils aptes à la motricité à basses vitesses de vent, c'est à dire inférieurs à 6 mètres par seconde, semblent, d'après expérimentation, de types tels qu'illustrés en figures 15 et 16, le profil cambré illustré en figure 15 correspondant à 35% environ de la longueur de la pale (1) et

celui de la figure 16 à 90%..

La profondeur du profil est conservée égale ou très peu différente sur toute la longueur des pales dont le "bord s d'attaque" (57) décrit un angle a en fonction du rapport V/U et finalisant sur la longueur de la pale (1) un certain gauchissement, I'axe médian du bord de fuite (58) se confondant de préférence avec le plan de rotation P perpendiculaire à l'axe XX En fonctionnement, et, en dessous de la pression limite sur hélice, I'ensemble des pales (1) se trouvent au pas optimum contre leurs butées (9) respectives. Au delà, les pales (1) prennent du pas, jusqu'à, éventuellement, mise en drapeau. On notera que, préférentiellement, un dégagement (59) (voir figure ) a été prévu près du centre afin d'apporter une plus grande

stabilité d'écoulement.

La limitation de pression sur l'hélice par prise de pas des pales (1) permet une certaine légèreté de construction et l'emploi du concept général au meilleur coût. En diminuant par ailleurs les inerties, on améliore considérablement l e fonctionnement, notamment lors de bourrasques, o, le temps de réponse ou de réaction étant très court, il n'en résulte qu'une

pluvalue de pression instantanée très réduite.

De plus, les dites pales (1) possèdent, entre-elles, une relative indépendance qui permet d'atténuer les effets dits de "lacet" et, par ailleurs, les différences de pression entre le bas

et le haut de l'hélice.

Les graphiques qui sont en annexe mettent en évidence les faits évoqués dans le préambule sur l'opportunité du concept

objet de la demande.

Le graphique représenté en figure 17 montre, à titre d'exemple, I'évolution de la puissance P (en watts) observée sur une hélice classique et, de la force F (en newtons) de poussée sur cette même hélice, en conditions expérimentales (avec 3s surface de 1/5 de m2), à différentes vitesses de flux. Comme on le voit, cette puissance décrit une droite P presque parfaite lorsque l'on se sert d'une ordonnée selon racine de P, ce qui revient à dire que, d'une façon pratique, cette puissance semble varier selon le carré de la vitesse du flux ou du vent, de manière identique à la pression F. La potentialité théorique d'énergie du vent a été, en conséquence, matérialisée par la droite EP, établie selon l'équation P = 1/2 m V2 ("m" étant

alors considéré seulement comme masse au m3).

La figure 18 illustre le volume potentiel de puissance (selon une évolution au carré de la vitesse du vent) à partir d'un schéma habituel de répartition annuelle de vent, sur site moyennement venté, les surfaces de puissance utilisables par un s aérogénérateur classique (surface A) sont figurées en hachures simples (seuil à 5m/sec., échelle VI) et par quadrillages pour une machine selon le concept décrit (surface B). On remarquera que l'ordonnée des moyennes de vitesses annuelles (MV) a été complétée par l'ordonnée de correspondance en vitesses lo instantanées (VI) permettant d'indiquer les seuils réels de

début de production.

Par ailleurs, comme le montre la figure 19, également à titre d'exemple, les aérogénérateurs actuels (courbe Cl) possèdent des caractéristiques aérodynamiques en rapport avec is des vitesses de vent comprises entre 5 et 15 mètres/sec., et, leur rendement est faible à vitesses de vent proches de I a

vitesse de démarrage.

Si leur vitesse nominale est maintenue à des vitesses de rotation bien définies, au mieux par variation de pas afin de ne pas provoquer un véritable décrochage dynamique, la puissance est seulement conservée selon la courbe C1, alors que I a puissance continue de croître si l'on peut permettre à l'hélice une montée en vitesse proportionnelle à la vitesse même du vent

(courbe C2).

En figure 20, on voit qu'avec le concept, objet de I a présente invention, la production (courbe B) débute à une vitesse de vent voisine de 2 mètres/sec. qui, quoique modeste, peut-être exploitée, de sorte que le dit concept permet, à surface exposée égale et à mêmes caractéristiques de site, comme le montre la figure 18, I'obtention d'un volume de production (surface B) plus élevé que celui atteint avec les machines utilisant des vitesses de vent et de vitesse de rotation très importantes (surface A), en ayant l'irremplaçable

avantage d'obtenir une très bonne répartition dans le temps.

On notera, sur ces deux figures 19 et 20, les courbes de rendement R1 et RB correspondant respectivement à la machine

de courbe de puissance C1 et d'une machine B selon le concept.

La pression sur hélice étant bien déterminée et en rapport avec la puissance fournie, I'infrastructure d'une machine selon le concept peut être 6 fois moins robuste que celle d'une machine destinée à prendre des vents de 5 à 1 5 m/sec. donc d'un coût total modeste, et, comme la technique est relativement simple, de construction réalisable en pays peu industrialisés, I à

o se trouve les nécessités d'installation.

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Le concept est plus particulièrement adapté aux pays de faibles moyennes de vent, o il n'existe encore que des

possibilités énergétiques réduites, ou, et, dans les pays très fortement sensibilisés aux problèmes de l'environnement à long5 terme.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1/ Aérogénérateur comportant une hélice à axe horizontal et à pas variable, possédant jusqu'à 6 pales, tournant face au vent en amont du pylône, pourvu de moyens d'haubanage des pales afin de les maintenir en position appropriée en formant un cône de révolution concave en direction du vent, des moyens de régulation par pivotement des pales selon un axe non confondu avec l'axe des pales afin de mettre les pales en déséquilibre et permettre l'augmentation du pas par déplacement des pales vers l'arrière, des moyens d'assistance de régulation, des moyens de multiplication pour entraînement d'un alternateur ou d'une dynamo, de moyens de régulation de tension et de fréquence, et de moyens d'orientation de l'hélice, caractérisé en ce que, les moyens d'haubanage des pales (1) comporte des câbles principaux (2) accrochés d'une extrémité (3) au 2/3 environ de s15 la longueur de l'intrados (5) des pales (1) et, de l'autre extrémité (6) en bout d'un mât central (7) placé et se déplaçant selon l'axe XX de rotation, en permettant aux pales (1) de former à elles toutes un cône de révolution A1 de l'ordre de , les moyens de régulation par pivotement des pales (1) sont assurés, compte tenu de la formation du cône de révolution précédent, en plaçant l'axe YY d'articulation des pales (1) en désalignement par rapport à l'axe général ZZ des dites pales (1) selon un angle A2 décalé sur l'avant d'une valeur de 8 environ, le sens de rotation de l'hélice étant défini par la flèche S, les moyens d'assistance de régulation sont essentiellement constitués d'un système à ressort (8) destiné à pousser le mât central (7), dans le sens de la flèche F, afin de ramener systématiquement les pales (1) au pas de référence contre leurs butées (9) respectives et le cône A1 de révolution à sa valeur d'origine en dessous de la vitesse de rotation limite, les moyens de multiplication sont assurés en deux étages, I'un (10), à engrenages, I'autre étage, à poulies (12) et courroies (13), crantées ou non, permettant ainsi la transmission du mouvement jusqu'à un alternateur (14) ou une dynamo, les moyens de régulation de tension ou de fréquence sont obtenus par un alternateur (14) spécial ou une dynamo muni d'un coupleur (15) qui permet de maintenir la vitesse relative de rotation de l'induit, par rapport à son stator, pratiquement constante, et, les moyens d'orientation sont assurés par dérive verticale (16)

ou par roses des vents (17).

2/ Aérogénérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des câbles principaux (2) de haubanage des pales (1) sont accrochés par une extrémité (3) à leurs pales (1)

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respectives à l'aide d'une manille double (18), munie de paliers plastiques (19), permettant une articulation sous deux plans, l'autre extrémité (6) du câble (2) étant accrochée également de même manière sur un piton (20) fixé sur un palonnier (21) s monté en bout du mât central (7), excentré par rapport à l'axe XX, de rotation de l'hélice (1) afin de participer à la transmission du couple moteur, 3/ Aérogénérateur selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que les câbles

lo principaux (2) de haubanage des pales (1) sont assistés de câbles auxiliaires (22), placés entre chaque pale (1), accrochés en intrados (5) et en extrados (23) au 1/3 de la longueur des dites pales (1), permettant ainsi de relier les pales entre-elles, des ressorts (24), intercalés à mi-longueur ou placés à une s15 extrémité de ces câbles (22), assurant la compensation des différences de distances et un amortissement lors de

changements de pas.

4/ Aérogénérateur selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que le mât

central (7) est guidé par un dispositif anti-rotatoire (26) constitué par des galets (27), axés sur un support (28) solidaire du prolongement (29) du moyeu (25), venant s'appuyer sur des plats (30) fixés sur le dit mât central (7) en opposition du couple transmis par le palonnier (21), ces plats (30) possédant une longueur suffisante pour conserver leur action lors du déplacement axial du dit mât central (7), / Aérogénérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système à ressort (8) destiné à pousser et à maintenir le mât central (7) est complété par des dispositifs (31), également à ressorts (32), munis d'amortisseurs accrochés, d'une extrémité, au prolongement (29) du moyeu (25) et, de l'autre, à chaque pied (34) de pale (1) à une certaine distance de l'axe YY d'articulation afin de constituer un levier et d'amener un antagonisme supplémentaire à l'effacement des pales (1) en

dessous de la puissance nominale de l'aérogénérateur.

6/ Aérogénérateur selon les revendications 1 et 5,

caractérisé en ce que l'articulation en YY du pied (34) de pale (1) est réalisée par deux paliers (35) et (36) à bagues plastiques (37) prégraissées montées à l'intérieur de manchons de caoutchouc (38), eux mêmes emmanchés dans deux tubes métalliques (39) fixés directement sur le flasque (40) de moyeu (25) ou fixés sur des plots (41) boulonnables sur le dit flasque (40), le palier (35) extérieur possédant, de plus, une butée (42) plastique spéciale, de façon à encaisser les efforts

4s de réaction de la pression du vent sur la pale (1).

7/ Aérogénérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le multiplicateur (10) à engrenages possède un arbre creux (44) constituant le moyeu (25) d'hélice et sur lequel se trouvent fixés ou soudés le flasque (40) et le prolongement s (29), cet arbre creux (44) permet le passage du mât central (7), il est monté sur roulements à rouleaux coniques (45) et (46) opposés et préchargés, ce multiplicateur (10) étant lui-même fixé par deux points inférieurs (47) et deux jambes de force

(48) au plateau (49) de nacelle.

8/ Aérogénérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système à ressort (8) des moyens d'assistance de régulation est constitué d'un ressort (50) calibré disposé sur un axe parallèle à l'axe XX de rotation de l'hélice afin de permettre le dégagement de la partie centrale, notamment pour la mise en is place et l'entretien de l'alternateur (14) et des différents contacts électriques 9/' Aérogénérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dérive verticale (16) constituant un des moyens d'orientation, comporte deux éléments allongés (53) et (54) parallèles de faible épaisseur mais à bords (55) recourbés sur toute leur longueur, ces bords recourbés (55) étant dirigés vers l'extérieur, les éléments allongés (53) et (54) étant, par ailleurs, placés à une certaine distance l'un de l'autre

sensiblement inférieure à leur profondeur et vrillés sur eux-

mêmes d'une certaine valeur, en correspondance avec

l'inclinaison d'écoulement du flux après la traversée de l'hélice.

/ Aérogénérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rose des vents (17), constituant l'autre moyen d'orientation, est constitué de deux roues hélices (56) et (57) disposées oblique de part et d'autre de l'axe XX prolongé, ceci afin que ces roues (56) et (57) restent constamment en pression, et que, la plus faible différence de pression du vent existant entre-elles puisse entraîner l'une ou l'autre dans le

sens adéquat.