FR2826066A1 - Device for regulating windmill blade rotation comprises flap articulated around axis parallel to blade longitudinal axis able to open between positions in plane perpendicular to blade and retracted in blade - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention concerne un dispositif permettant de réguler la rotation des pales d'éolienne et une éolienne pourvue d'un tel dispositif. The present invention relates to a device for regulating the rotation of wind turbine blades and a wind turbine provided with such a device.
Plus précisément, l'invention vise à permettre d'obtenir automatiquement, de manière simple, et avec une sécurité positive, une vitesse de rotation relativement constante quelle que soit la force du vent et également à en limiter la rotation en cas de vents violents. More specifically, the invention aims to make it possible to automatically obtain, in a simple manner, and with positive safety, a relatively constant speed of rotation whatever the force of the wind and also to limit the rotation in the event of strong winds.
On connaît déjà dans l'état de la technique antérieur des dispositifs visant à permettre l'autorégulation des éoliennes en agissant sur la (ou les) pale (s) pour en régler le pas en fonction de la vitesse et à limiter la variation de ce pas en fonction de données préétablies. Pour ce faire, en général, l'éolienne est munie de masselottes centrifuges, solidaires en rotation des pales, agencées de manière à diminuer le calage des pales lorsque la vitesse de rotation augmente, ainsi que d'un ensemble de butées et de ressorts de rappel définissant mécaniquement le calage initial et le calage optimal de fonctionnement jusqu'à obtention de la vitesse nominale. Are already known in the prior art devices to allow self-regulation of wind turbines by acting on (or) blade (s) to adjust the pitch depending on the speed and to limit the variation of this not based on pre-established data. To do this, in general, the wind turbine is provided with centrifugal weights, integral in rotation with the blades, arranged so as to reduce the pitch of the blades when the speed of rotation increases, as well as with a set of stops and springs of reminder defining mechanically the initial setting and the optimal operating setting until the nominal speed is obtained.
D'une part, les moyens d'autorégulation qu'ils comportent, constitués de ressorts élastiques mécaniques actionnés par les masselottes centrifuges, sont nécessairement montés à proximité des parties axiales des pales et, de ce fait, il est malaisé d'en régler le tarage lors de la mise en fonctionnement initiale de l'éolienne en fonction des conditions d'exploitation désirées. En effet, on effectue ce tarage avant l'érection verticale de l'éolienne et celui-ci risque de ne pas être satisfaisant du premier coup. On the one hand, the self-regulating means which they comprise, consisting of mechanical elastic springs actuated by centrifugal weights, are necessarily mounted near the axial parts of the blades and, therefore, it is difficult to adjust the taring during initial operation of the wind turbine according to the desired operating conditions. In fact, this calibration is carried out before the vertical erection of the wind turbine and it may not be satisfactory the first time.
D'autre part, une éolienne de ce type ne comporte pas de moyens de sécurité permettant de manière simple de commander son freinage et son arrêt lorsque l'éolienne, soumise à des conditions d'écoulement anormales et imprévisibles du vent, vient à s'emballer ou être sujette à des vibrations inacceptables, ou bien encore lorsque l'éolienne doit faire l'objet d'un entretien périodique. Un tel arrêt de l'éolienne entraîne par voie de conséquence une perte dans la fourniture d'énergie ainsi qu'une perte financière pour l'exploitant. On the other hand, a wind turbine of this type does not include safety means allowing a simple way to control its braking and stopping when the wind turbine, subjected to abnormal and unpredictable flow conditions of the wind, comes to s' pack or be subject to unacceptable vibrations, or even when the wind turbine is to be subject to periodic maintenance. Such a shutdown of the wind turbine consequently results in a loss in the supply of energy as well as a financial loss for the operator.
La présente invention a précisément pour but de remédier à ces inconvénients. The object of the present invention is precisely to remedy these drawbacks.
A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif permettant de réguler la rotation des pales d'une éolienne agencé sur au moins une pale To this end, the subject of the present invention is a device making it possible to regulate the rotation of the blades of a wind turbine arranged on at least one blade
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formant l'hélice de l'éolienne, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un volet articulé autour d'un axe parallèle à l'axe longitudinal de la pale et apte à s'ouvrir entre une position extrême d'ouverture correspondant à une position du volet dans un plan sensiblement perpendiculaire à la pale permettant notamment l'arrêt de l'éolienne et une position escamotée du volet dans la pale, l'ouverture du volet étant pilotée par un moyen de contrôle en fonction d'une part de la puissance ou du couple fourni par l'éolienne et d'autre part d'un seuil maximum d'une vitesse de rotation de l'hélice préalablement établi. forming the propeller of the wind turbine, characterized in that it consists of a flap articulated around an axis parallel to the longitudinal axis of the blade and capable of opening between an extreme opening position corresponding at a position of the shutter in a plane substantially perpendicular to the blade allowing in particular the stopping of the wind turbine and a retracted position of the shutter in the blade, the opening of the shutter being controlled by a control means depending on the one hand of the power or of the torque supplied by the wind turbine and on the other hand of a maximum threshold of a rotation speed of the propeller previously established.
Suivant quelques dispositions intéressantes de l'invention : - ledit volet est agencé sur la face arrière de la pale et sensiblement à son extrémité libre ; - ledit volet présente une forme rectangulaire dont la longueur est comprise entre 1 à 2 mètres et une largeur comprise entre 20 et 40 centimètres pour des pales de 21 à 25 mètres ; - l'angle d'ouverture du volet en position extrême d'ouverture est au plus de 85 degrés ; - le moyen de contrôle est constitué d'un calculateur apte à déterminer en fonction de paramètres du type puissance ou couple fourni par l'éolienne, un angle d'ouverture du volet adéquat ; cette information de commande d'ouverture d'angle est transmisse au moyen d'asservissement du volet ; - le calculateur est relié à un émetteur haute fréquence afin de transmettre l'information d'angle d'ouverture à un récepteur haute fréquence disposé à proximité des moyens d'asservissement du volet ; - les moyens d'asservissement du volet sont constitués d'un moteur électrique auquel est reliée une vis sans fin sur laquelle est agencée au moins une biellette solidaire du volet par l'une de ses extrémités ; - les moyens d'asservissement du volet sont logés dans un évidement de sorte que le volet soit intégré à la face arrière en position escamotable. According to some advantageous provisions of the invention: - said flap is arranged on the rear face of the blade and substantially at its free end; - Said flap has a rectangular shape whose length is between 1 to 2 meters and a width between 20 and 40 centimeters for blades of 21 to 25 meters; - the opening angle of the shutter in the extreme open position is at most 85 degrees; - The control means consists of a computer capable of determining according to parameters of the power or torque type supplied by the wind turbine, an adequate angle of opening of the shutter; this angle opening control information is transmitted by means of the shutter control; - the computer is connected to a high frequency transmitter in order to transmit the opening angle information to a high frequency receiver arranged near the shutter control means; - The shutter control means consist of an electric motor to which is connected an endless screw on which is arranged at least one rod integral with the shutter by one of its ends; - The shutter control means are housed in a recess so that the shutter is integrated into the rear face in the retractable position.
Un autre objet de la présente invention concerne une éolienne caractérisée en ce qu'elle est pourvue sur au moins l'une de ses pales d'un dispositif de régulation de la rotation des pales conforme à l'une quelconque des caractéristiques précédentes. Another object of the present invention relates to a wind turbine characterized in that it is provided on at least one of its blades with a device for regulating the rotation of the blades in accordance with any one of the preceding characteristics.
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Selon une caractéristique avantageuse, la commande d'ouverture en position extrême du ou des volets est apte à être commandée au moyen d'une télécommande. According to an advantageous characteristic, the opening control in the extreme position of the flap or flaps is capable of being controlled by means of a remote control.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue partielle de l'extrémité de la face arrière d'une pale d'éolienne pourvue d'un dispositif de régulation de la vitesse selon l'invention, - les figures 2 et 3 sont des vues en coupe suivant la ligne tt-it de la figure 1, illustrant respectivement la position de fermeture et la position extrême d'ouverture du dispositif de régulation selon l'invention. The characteristics of the invention mentioned above, as well as others, will appear more clearly on reading the following description of an exemplary embodiment, with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a view partial of the end of the rear face of a wind turbine blade provided with a speed regulation device according to the invention, - Figures 2 and 3 are sectional views along line tt-it of Figure 1, respectively illustrating the closed position and the extreme open position of the regulating device according to the invention.
Dans la suite de la description les termes avant ou arrière de la face
de la pale, sont à considérer par rapport à l'arrivée de l'air sur la pale (figure 2). In the following description, the terms front or rear of the face
of the blade, are to be considered in relation to the arrival of air on the blade (Figure 2).
On a représenté à la figure 1 partiellement une pale 1 d'une éolienne, non représentée, destinée à être montée sur un support rotatif autour d'un axe horizontal. Ledit support ainsi que la (ou les) pale (s) 1 sont aptes à tourner autour d'un axe vertical d'un mât de manière à s'orienter dans le vent au moyen de dispositifs connus par l'homme du métier, et non détaillés dans la suite de la description. FIG. 1 partially shows a blade 1 of a wind turbine, not shown, intended to be mounted on a rotary support around a horizontal axis. Said support as well as the blade (s) 1 are able to rotate about a vertical axis of a mast so as to orient themselves in the wind by means of devices known to those skilled in the art, and not detailed in the following description.
Selon la présente invention, au moins une des pales 1 de l'éolienne est pourvue d'un dispositif de régulation de la vitesse de rotation afin d'assurer son freinage, en vue éventuellement de son arrêt, que ce soit pour des causes de sécurité, lorsque l'éolienne s'emballe ou vibre, ou pour des causes d'entretien périodique. According to the present invention, at least one of the blades 1 of the wind turbine is provided with a device for regulating the speed of rotation in order to ensure its braking, possibly with a view to stopping, whether for safety reasons , when the wind turbine gets carried away or vibrates, or for reasons of periodic maintenance.
Ce dispositif de régulation est, avantageusement, constitué d'un volet 2 articulé autour d'un axe 3 parallèle à l'axe longitudinal de la pale 1 et apte à s'ouvrir entre une position extrême d'ouverture (Figure 3) correspondant à une position du volet dans un plan sensiblement perpendiculaire à la pale 1 permettant notamment l'arrêt de l'éolienne et une position escamotée (Figure 2) du volet 2 dans la pale 1, l'ouverture du volet étant pilotée par un moyen de contrôle en fonction de la puissance ou du couple fourni par l'éolienne et d'un seuil maximum préalablement établi d'une vitesse de rotation de l'hélice. This regulating device advantageously consists of a flap 2 articulated around an axis 3 parallel to the longitudinal axis of the blade 1 and capable of opening between an extreme open position (Figure 3) corresponding to a position of the shutter in a plane substantially perpendicular to the blade 1 allowing in particular the stopping of the wind turbine and a retracted position (Figure 2) of the shutter 2 in the blade 1, the opening of the shutter being controlled by a control means as a function of the power or of the torque supplied by the wind turbine and of a previously established maximum threshold of a propeller rotation speed.
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Selon un mode de réalisation préférentiel, le volet 2 forme avec la face 1 a arrière de la pale selon un plan transversal à cette dernière, un angle maximum d'ouverture ss de 85 degrés, de préférence 70 degrés. According to a preferred embodiment, the flap 2 forms with the rear face 1 a of the blade in a plane transverse to the latter, a maximum opening angle ss of 85 degrees, preferably 70 degrees.
Ce volet 2 est agencé sur la face arrière 1 a de la pale 1 et sensiblement à son extrémité libre. On notera par ailleurs que ce volet 2 présente suivant un mode de réalisation préférentiel une forme rectangulaire dont la longueur est comprise entre 1 à 2 mètres et une largeur comprise entre 20 et 40 centimètres pour des pales de 21 à 25 mètres. This flap 2 is arranged on the rear face 1a of the blade 1 and substantially at its free end. It will also be noted that this flap 2 has, according to a preferred embodiment, a rectangular shape the length of which is between 1 to 2 meters and a width of between 20 and 40 centimeters for blades of 21 to 25 meters.
Ce moyen de contrôle est constitué d'un calculateur 4 apte à déterminer en fonction de différents paramètres tels que la puissance ou le couple fourni par l'éolienne, un angle d'ouverture ss du volet 2 préalablement établi au moyen par exemple d'une cartographie. This control means consists of a computer 4 capable of determining, according to different parameters such as the power or the torque supplied by the wind turbine, an opening angle ss of the flap 2 previously established by means for example of a mapping.
Afin de transmettre les informations de commande d'ouverture du volet 2 issues du calculateur 4, ce dernier est avantageusement relié à un émetteur haute fréquence 5 destiné à transmettre à un récepteur haute fréquence 6, disposé à proximité du volet 2, les informations de commande d'ouverture de celui-ci. In order to transmit the control information for opening the shutter 2 from the computer 4, the latter is advantageously connected to a high frequency transmitter 5 intended for transmitting the control information to a high frequency receiver 6, disposed near the shutter 2 opening of it.
Selon un mode de réalisation non limitatif, le récepteur 5 haute fréquence est accouplé à un servomoteur 7 ou un moteur électrique du type pas à pas, auquel est reliée une vis sans fin 8 sur laquelle est agencée au moins une biellette 9 solidaire par l'une de ses extrémités du volet 2. According to a nonlimiting embodiment, the high frequency receiver 5 is coupled to a servomotor 7 or an electric motor of the stepping type, to which is connected an endless screw 8 on which is arranged at least one connecting rod 9 secured by the one of its ends of shutter 2.
Afin d'obtenir une pale 1 pourvue d'une pénétration adéquate dans l'air, le mécanisme d'ouverture du volet, c'est-à-dire l'ensemble biellette 9 et vis 8, et le volet 2 sont complètement intégrés à la pale 1, dans un évidement 10. In order to obtain a blade 1 provided with adequate penetration into the air, the shutter opening mechanism, that is to say the rod 9 and screw 8 assembly, and the shutter 2 are completely integrated into the blade 1, in a recess 10.
Le fonctionnement du dispositif selon l'invention ressort déjà de la description qui en a été faite ci-dessus. The operation of the device according to the invention already emerges from the description which has been given above.
Ainsi, lorsque le moyen de contrôle détecte que la vitesse de l'éolienne vient à dépasser une vitesse maximale prédéterminée, le calculateur 4 transmet une information au servomoteur 7 via l'émetteur-récepteur haute fréquence 5,6 afin d'ouvrir d'un angle ss le volet 2 de manière à réguler ainsi la vitesse de rotation. Thus, when the control means detects that the speed of the wind turbine exceeds a predetermined maximum speed, the computer 4 transmits information to the servomotor 7 via the high frequency transceiver 5,6 in order to open a angle ss shutter 2 so as to regulate the speed of rotation.
On comprend aisément que la rotation de la vis sans fin 8 dans un sens ou It is easily understood that the rotation of the worm 8 in one direction or
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dans l'autre aura pour conséquence le déplacement de la ou des biellettes 9 entraînant ainsi l'ouverture ou la fermeture du volet 2 et ainsi la régulation de la vitesse de rotation des pales 1 de l'éolienne. in the other will result in the displacement of the rod (s) 9 thus causing the opening or closing of the shutter 2 and thus the regulation of the speed of rotation of the blades 1 of the wind turbine.
De même, lorsque le moyen de contrôle 4 de la puissance de l'éolienne détecte que la vitesse de l'éolienne vient à dépasser la vitesse maximale prédéterminée, signifiant un emballement de la vitesse de rotation de l'éolienne ou des vibrations élevées de l'ensemble tournant, celui-ci commande l'ouverture en position extrême (Figure 3) du ou des volets 2 ce qui a pour effet d'annuler la vitesse de rotation de l'hélice. Similarly, when the wind turbine power control means 4 detects that the speed of the wind turbine exceeds the predetermined maximum speed, signifying a runaway of the speed of rotation of the wind turbine or high vibrations of the wind turbine. 'rotating assembly, it controls the opening in the extreme position (Figure 3) of the flap (s) 2 which has the effect of canceling the speed of rotation of the propeller.
La commande d'ouverture du ou des volets 2 peut avantageusement être opérée du bas de l'éolienne au moyen d'une télécommande offrant ainsi au service de maintenance une simplicité et une rapidité dans l'arrêt de l'éolienne. The opening control of the flap (s) 2 can advantageously be operated from the bottom of the wind turbine by means of a remote control, thus offering the maintenance service simplicity and speed in stopping the wind turbine.
On comprend à la lecture de la description ci-dessus que le dispositif de régulation de la présente invention est relativement simple à réaliser et permet d'optimiser le rendement de l'éolienne. It will be understood from reading the description above that the regulating device of the present invention is relatively simple to produce and makes it possible to optimize the efficiency of the wind turbine.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits. Although the invention has been described in connection with a particular embodiment, it includes all the technical equivalents of the means described.
Ainsi, les moyens de transmission des informations du calculateur au servomoteur peuvent être constitués de conducteurs électriques ou de tout moyen permettant une telle transmission. Thus, the means of transmitting information from the computer to the booster may consist of electrical conductors or any means allowing such transmission.
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