FR2987664A1 - Device for supporting and fixing horizontal axis wind turbine mast to building wall, has damping units interposed between suspension arm and tightening unit in connection area and between support wings and anchoring parts in fixing area - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne le domaine des éoliennes domestiques, et plus particulièrement les dispositifs de fixation de mâts d'éolienne.The present invention relates to the field of domestic wind turbines, and more particularly the devices for fixing wind turbine masts.
Le développement actuel des énergies renouvelables donne lieu à l'implantation de nombreuses éoliennes, parmi lesquelles des éoliennes domestiques, telles que des éoliennes à axe horizontal, d'une puissance de quelques centaines de Watts. Ces éoliennes constituées d'un mât et d'un rotor qui supporte les pales ont une hauteur actuellement limitée en France à une douzaine de mètres.The current development of renewable energies gives rise to the establishment of many wind turbines, including domestic wind turbines, such as horizontal wind turbines, with a power of a few hundred Watts. These wind turbines consist of a mast and a rotor that supports the blades have a height currently limited in France to a dozen meters.
Le mât est un élément tubulaire cylindrique dont la base peut être fixée soit au sol sur un socle, soit à une structure verticale, tel que le pignon d'un bâtiment. Dans ce dernier cas, pour des gains en hauteur du sommet de l'éolienne dépassant au-dessus du toit, ou pour une réduction de la hauteur du mât, ou encore pour des raisons de manque de place au sol (en raison par exemple de la présence d'une terrasse ou d'un appentis) le mât ne repose pas sur le sol mais est fixé à la paroi murale par des bras de suspension. Le corps du mât est maintenu par une pluralité de moyens de serrage du mât associés aux dits bras de suspension.The mast is a cylindrical tubular element whose base can be fixed either to the ground on a base, or to a vertical structure, such as the pinion of a building. In the latter case, for gains in height of the top of the wind turbine exceeding above the roof, or for a reduction of the height of the mast, or for reasons of lack of space on the ground (because for example of the presence of a terrace or lean-to) the mast does not rest on the ground but is fixed to the wall wall by suspension arms. The body of the mast is held by a plurality of clamping means of the mast associated with said suspension arms.
Ces bras sont généralement des profilés munis de pattes de fixation à la paroi murale, et disposés soit en direction de l'axe longitudinal du mât, soit en alternance de part et d'autre de ce dernier. Le fonctionnement de l'éolienne, et plus particulièrement la rotation des pales, génère des vibrations, plus ou moins intenses selon la vitesse du vent et donc selon la vitesse de rotation des pales. Avec les dispositifs support de mât actuels, les vibrations qui se transmettent du rotor au mât se communiquent également à la paroi murale, provoquant des ondes sonores, très gênantes pour les habitants lorsqu'il s'agit précisément du mur d'une habitation.These arms are generally profiles provided with fastening tabs to the wall, and arranged either towards the longitudinal axis of the mast, or alternately on either side of the latter. The operation of the wind turbine, and more particularly the rotation of the blades, generates vibrations, more or less intense depending on the wind speed and therefore on the speed of rotation of the blades. With the current mast support devices, the vibrations that are transmitted from the rotor to the mast also communicate with the wall, causing sound waves, very annoying for the inhabitants when it is precisely the wall of a house.
Pour réduire ces désagréments, il a été envisagé de revêtir les moyens de serrage du mât, notamment la face interne des colliers de serrage entourant le mât, d'un matériau amortisseur, tel qu'un matériau élastiquement deformable, comme par exemple un caoutchouc. Cependant quel que soit le nombre des ces colliers de serrage répartis le long du mât de l'éolienne, les vibrations ne sont pas suffisamment atténuées pour résoudre la totalité du problème sonore. De plus ces vibrations répétées et fréquentes, provoquent à la longue le desserrage 5 des éléments de fixation, ce qui génère également des problèmes de sécurité. Par ailleurs, le corps du mât étant généralement sous la forme d'un élément tubulaire creux, ouvert à sa base, des phénomènes de résonance sonore sont fréquemment observés. 10 La présente invention a pour but de pallier les inconvénients ci-dessus en proposant un dispositif support de fixation de mât d'éolienne qui atténue considérablement, voire supprime, les vibrations transmises à la paroi murale. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif d'accrochage et de fixation 15 d'un mât d'éolienne qui limite, voire élimine les problèmes de desserrage des pièces de liaison et des éléments de fixation. Encore un but de l'invention est de réduire au maximum les ondes sonores émises par les vibrations transmises au mât tubulaire et les phénomènes de résonance 20 sonore de l'élément tubulaire ouvert formant le mât. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif support et de fixation de mât d'éolienne, notamment d'éolienne à axe horizontal, à une paroi murale, tel que le mur d'un bâtiment, le dispositif comportant des bras de suspension, un bras de 25 suspension inférieur et au moins un bras de suspension supérieur aptes à être fixés à ladite paroi murale, associés, dans la zone de raccordement au mât, à une pluralité de moyens de serrage autour dudit mât, caractérisé en ce que les bras de suspension étant formés chacun de deux branches à allure divergente depuis la zone de raccordement audit mât en direction de la zone 30 de fixation à la paroi murale, les extrémités libres de chaque branche étant munies d'une aile d'appui, des moyens amortisseurs sont interposés au moins ,d'une part, entre chaque bras de suspension et les moyens de serrage dans la zone de raccordement au mât et, d'autre part, entre les ailes d'appui de chaque bras de suspension et des pièces 35 d'ancrage à la paroi murale dans la zone de fixation.To reduce these inconveniences, it has been envisaged to coat the clamping means of the mast, in particular the inner face of the clamps surrounding the mast, with a damping material, such as an elastically deformable material, such as for example a rubber. However regardless of the number of these clamps distributed along the mast of the wind turbine, the vibrations are not sufficiently attenuated to solve the entire sound problem. Moreover, these repeated and frequent vibrations cause, in the long run, loosening of the fastening elements, which also generates safety problems. Moreover, since the body of the mast is generally in the form of a hollow tubular element, open at its base, sound resonance phenomena are frequently observed. The object of the present invention is to overcome the above disadvantages by proposing a wind mast mast support device which considerably attenuates or even eliminates the vibrations transmitted to the wall wall. Another object of the invention is to provide a device for attaching and fixing a wind turbine mast which limits or even eliminates the problems of loosening of the connecting pieces and the fastening elements. Yet another object of the invention is to reduce as much as possible the sound waves emitted by the vibrations transmitted to the tubular mast and the sound resonance phenomena of the open tubular element forming the mast. For this purpose, the present invention relates to a device for supporting and fixing a wind turbine mast, in particular a horizontal axis wind turbine, to a wall wall, such as the wall of a building, the device comprising suspension arms, a lower suspension arm and at least one upper suspension arm adapted to be fastened to said wall wall, associated, in the mast connection area, with a plurality of clamping means around said mast, characterized in that the arms each suspension being formed of two divergent branches from the connection zone to said mast towards the attachment zone 30 to the wall, the free ends of each branch being provided with a support wing, damping means are interposed at least, firstly, between each suspension arm and the clamping means in the mast connection area and, secondly, between the support wings of each suspension arm and the feet. 35 anchorage to the wall in the fastening area.
Le fait d'interposer au moins deux moyens amortisseurs entre le mât et la paroi murale dans la zone de raccordement et dans la zone de fixation permet de réduire considérablement les vibrations transmises par l'éolienne au mât. De plus, la forme des bras de suspension, composés de deux branches à allure divergente, permet de répartir les vibrations transmises par le mât de l'éolienne en direction de la paroi murale, et une meilleure stabilité de l'ensemble (notamment en cas de vents forts). De manière avantageuse, les moyens de serrage du mât ne sont pas montés directement sur les bras de suspension mais sont montés sur des platines de fixation, raccordées à chacun des bras de suspension, des moyens amortisseurs étant interposés au moins entre lesdits bras et les platines. 15 En rajoutant encore un autre moyen amortisseur entre le mât et la paroi murale, les vibrations sont à nouveau amorties. Cette disposition d'amortissement multicouche, appelée encore en "millefeuilles", atténue encore les vibrations résiduelles. Ainsi, à la fois le bruit généré par les vibrations du mât communiquées à la paroi murale et les 20 problèmes de desserrage des pièces de liaison des éléments de fixation des dispositifs support de l'Art antérieur sont surmontés. Pour compléter cette disposition "en millefeuilles" des moyens amortisseurs, les moyens de serrage du mât peuvent être composés de colliers de serrage dont la face 25 interne est équipée de moyens amortisseurs, tels qu'en matériau souple élastiquement deformable. Comme indiqué en introduction, les problèmes les plus fréquents de vibration sont rencontrés lorsque la base du mât de l'éolienne ne repose pas directement sur le sol. 30 Afin de maintenir ce mât en suspension le long de la paroi murale, l'un des bras de suspension, à savoir le bras de suspension inférieur, porte une platine présentant une aile recourbée, apte à recevoir la base du mât de l'éolienne. 10 Ainsi, cette aile recourbée sert de butée et de support de la base du mât de l'éolienne. Le mât est généralement formé d'un corps tubulaire. Pour éviter que des infiltrations 5 d'eau ne stagnent à l'intérieur de ce corps tubulaire, la base du mât est ouverte, ce qui peut donner lieu à des phénomènes de résonance pouvant générer des désagréments sonores selon leur fréquence. De manière avantageuse, la face supérieure de cette aile recourbée de la platine, 10 apte à recevoir la base du mât, est revêtue d'un matériau amortisseur de vibrations. La présence de ce matériau amortisseur de vibrations tel qu'un coussin amortisseur évite ainsi les phénomènes de résonance, notamment lorsque le corps du mât est sous la forme d'un tube creux ouvert à sa base. 15 De préférence, chaque bras de suspension affecte sensiblement la forme d'un oméga (ou d'un U ouvert) disposé horizontalement. Cette disposition horizontale met chacune des branches de ce bras de suspension à un même niveau et équilibre donc les forces d'arrachement. 20 Pour diminuer la portée du bras de suspension inférieur, (le bras de suspension portant la platine présentant une aile recourbée, apte à recevoir la base dudit mât) celui-ci peut comporter une branche supplémentaire, telle qu'une jambe de force, disposée orthogonalement aux deux autres branches à partir du sommet de l'oméga et dont l'extrémité libre est munie d'une aile d'appui. 25 Comme pour les autres branches des bras de suspension, un moyen amortisseur peut être interposé entre l'aile d'appui de la jambe de force et une pièce d'ancrage à la paroi murale dans la zone de fixation. 30 De manière avantageuse, les moyens amortisseurs interposés entre chaque bras de suspension et les platines associées sont des joints en matériau élastiquement deformable, tel qu'en caoutchouc ou en matériau polymère. Les moyens amortisseurs interposés entre chaque aile d'appui de bras de suspension 35 et les pièces d'ancrage à la paroi murale dans la zone de fixation peuvent être des tampons amortisseurs, tels que des tampons amortisseurs de type Silentbloc®, en matériau élastiquement déformable, tel qu'en caoutchouc ou en matériau polymère. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui 5 va suivre d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif et illustré sur la figure unique représentant une vue éclatée d'un dispositif selon l'invention. En se référant à cette figure, le dispositif selon l'invention est destiné à suspendre et fixer un mât 1 d'éolienne à une paroi murale schématisée par la référence 30, la base 10 4 dudit mât ne reposant pas sur le sol. Ce mât 1 d'éolienne comporte un corps tubulaire 2 surmonté d'une tête 3 destinée à recevoir le rotor (non représenté) supportant les pâles de l'éolienne. 15 Dans l'exemple représenté sur cette figure, ce mât 1 est maintenu vertical, parallèlement à la paroi murale 30, et écarté de celle-ci, par deux bras de suspension 11, 21 munis respectivement de deux branches 12, 22 à allure divergente depuis la zone du raccordement audit mât en direction de la zone de fixation à la paroi murale 30. 20 Ces bras de suspension 11, 21 ont donc également une fonction d'écarteur de la paroi murale et de points de fixation à cette dernière. A cet effet, les branches 12 et 22 sont munies chacune d'une aile d'appui 13, 23 permettant leur fixation par l'intermédiaire de pièces d'ancrage 14, 24 à la paroi murale 30. 25 Des moyens de serrage du mât comprennent des colliers de serrage 5, fermés par des vis 6, arrangés en une paire supérieure 15 et une paire inférieure 25. La paire 15 de colliers de serrage supérieure est fixée à une platine 10 présentant deux extrémités recourbées 16 en direction du bras de suspension 11. 30 Des joints en matériau élastiquement déformable 7 sont interposés entre la platine 10 et le sommet de l'oméga du bras de suspension 11. Dans l'exemple présenté ici, le bras de suspension 11 supérieur est avantageusement disposé horizontalement mais pourrait, dans certaines circonstances, être disposé verticalement. Cependant, la 35 disposition horizontale est préférée.The fact of interposing at least two damping means between the mast and the wall in the connection zone and in the fixing zone considerably reduces the vibrations transmitted by the wind turbine to the mast. In addition, the shape of the suspension arms, consisting of two diverging branches, distributes the vibrations transmitted by the mast of the wind turbine towards the wall, and a better stability of the assembly (especially in case strong winds). Advantageously, the clamping means of the mast are not mounted directly on the suspension arms but are mounted on fixing plates, connected to each of the suspension arms, damping means being interposed at least between said arms and the plates . By adding yet another damping means between the mast and the wall wall, the vibrations are dampened again. This multilayer damping arrangement, also called "millefeuilles", further attenuates the residual vibrations. Thus, both the noise generated by the mast vibrations communicated to the wall wall and the loosening problems of the connecting pieces of the fixing elements of the support devices of the prior art are overcome. To complete this provision "in millefeuilles" damping means, the clamping means of the mast can be composed of clamps whose inner face is equipped with damping means, such as resiliently deformable flexible material. As mentioned in the introduction, the most common vibration problems are encountered when the base of the wind turbine mast does not rest directly on the ground. In order to keep this mast suspended along the wall, one of the suspension arms, namely the lower suspension arm, carries a plate having a curved wing adapted to receive the base of the mast of the wind turbine. . Thus, this curved wing serves as a stop and support for the base of the wind turbine mast. The mast is generally formed of a tubular body. To prevent water infiltration stagnating inside this tubular body, the base of the mast is open, which may give rise to resonance phenomena that can generate noise disturbances according to their frequency. Advantageously, the upper face of this curved flange of the plate, adapted to receive the base of the mast, is coated with a vibration-damping material. The presence of this vibration-damping material such as a damping cushion thus avoids the resonance phenomena, especially when the body of the mast is in the form of a hollow tube open at its base. Preferably, each suspension arm substantially affects the shape of an omega (or open U) disposed horizontally. This horizontal arrangement puts each branch of the suspension arm at the same level and thus balances the pulling forces. To reduce the range of the lower suspension arm, (the suspension arm carrying the plate having a curved wing, adapted to receive the base of said mast) it may comprise an additional branch, such as a strut, arranged orthogonally to the other two branches from the top of the omega and whose free end is provided with a support wing. As for the other branches of the suspension arms, damping means may be interposed between the support leg of the strut and an anchor to the wall in the fixing area. Advantageously, the damping means interposed between each suspension arm and the associated plates are seals of elastically deformable material, such as rubber or polymer material. The damping means interposed between each suspension arm support wing 35 and the anchoring pieces to the wall wall in the fixing zone may be damping buffers, such as damping pads of the Silentbloc® type, of elastically deformable material , such as rubber or polymer material. Other features and advantages of the invention will emerge from the following description of an embodiment given by way of non-limiting example and illustrated in the single figure showing an exploded view of a device according to the invention. . Referring to this figure, the device according to the invention is intended to suspend and fix a wind turbine mast 1 to a wall wall shown schematically by the reference 30, the base 10 4 of said mast not resting on the ground. This wind turbine mast 1 comprises a tubular body 2 surmounted by a head 3 intended to receive the rotor (not shown) supporting the blades of the wind turbine. In the example shown in this figure, this mast 1 is held vertical, parallel to the wall wall 30, and spaced from it, by two suspension arms 11, 21 respectively provided with two branches 12, 22 divergent rate from the zone of the connection to said mast towards the attachment area to the wall wall 30. 20 These suspension arms 11, 21 therefore also have a spacer function of the wall and fixing points therein. For this purpose, the branches 12 and 22 are each provided with a support flange 13, 23 for fixing them by means of anchors 14, 24 to the wall wall 30. 25 Mast clamping means comprise clamps 5, closed by screws 6, arranged in an upper pair 15 and a lower pair 25. The pair of upper clamps is attached to a plate 10 having two curved ends 16 towards the suspension arm 11. Gaskets of elastically deformable material 7 are interposed between the plate 10 and the top of the omega of the suspension arm 11. In the example presented here, the upper suspension arm 11 is advantageously arranged horizontally but could, in certain circumstances, be arranged vertically. However, the horizontal arrangement is preferred.
Entre les ailes d'appui 13 de chacune des branches 12 du bras de suspension 11 supérieur et les pièces d'ancrage 14 sont disposés des amortisseurs 8 de type tampon amortisseur Silentbloc®, en caoutchouc.Between the support flanges 13 of each of the branches 12 of the upper suspension arm 11 and the anchoring parts 14 are shock absorbers 8 of the Silentbloc® damping buffer type, made of rubber.
Des amortisseurs 8 du même type sont également interposés entre les ailes d'appui 23 de chacune des branches 22 du bras de suspension 21 inférieur et les pièces d'ancrage 24 correspondantes.Shocks 8 of the same type are also interposed between the support wings 23 of each of the branches 22 of the lower suspension arm 21 and the corresponding anchoring parts 24.
La paire inférieure 25 de colliers de serrage 5 est disposée à proximité de la base 4 du mât 1. Cette paire 25 de colliers de serrage 5 est fixée sur une platine inférieure 20 portée par le bras de suspension inférieur 21, équipé d'une jambe de force 26 disposée orthogonalement aux deux branches 22 horizontales, dont l'extrémité libre est munie d'une aile d'appui 23. Entre l'aile d'appui 23 de la jambe de force 26 du bras de suspension inférieur 21 et la pièce d'ancrage 24 correspondante est également interposé un amortisseur 8. La platine inférieure 20 présente deux extrémités recourbées, l'extrémité supérieure 27 est tournée vers le bras de suspension 21, et l'extrémité inférieure forme une aile 28 inférieure destinée à supporter la base 4 du mât 1. Le corps 2 tubulaire du mât 1 peut être ouvert à sa base 4 et seule une partie de cette base peut reposer sur l'aile inférieure recourbée. De manière avantageuse, entre cette base 4 et l'aile inférieure 28 recourbée de la 25 platine 20, est disposé un coussin amortisseur 29 qui évite les phénomènes de résonance sonore. Ce coussin amortisseur peut être une simple couche d'un matériau polymère (par exemple un polymère alvéolaire de type mousse) ou de caoutchouc. De même, la force interne de chacun des colliers de serrage 5 de chacune des deux 30 paires 15 et 25 de colliers peut être également revêtue d'un matériau 9 élastiquement deformable, amortisseur de vibrations, tel qu'un matériau polymère ou un caoutchouc. Ainsi, l'interposition selon l'invention d'une multiplicité de moyens amortisseurs, respectivement entre le mât et les colliers de serrage, la platine de support et le bras 35 de suspension, et entre les bras de suspension et les pièces d'ancrage permet d'éliminer presque totalement les vibrations générées lors du fonctionnement de l'éolienne à la paroi murale 30. La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus.The lower pair of clamps 5 is disposed near the base 4 of the mast 1. This pair of clamps 5 is attached to a bottom plate 20 carried by the lower suspension arm 21, equipped with a leg 26 disposed orthogonally to the two horizontal branches 22, whose free end is provided with a support wing 23. Between the support wing 23 of the strut 26 of the lower suspension arm 21 and the workpiece anchor 24 is also interposed a damper 8. The bottom plate 20 has two curved ends, the upper end 27 is facing the suspension arm 21, and the lower end forms a lower flange 28 for supporting the base 4 of the mast 1. The tubular body 2 of the mast 1 can be open at its base 4 and only a portion of this base can rest on the curved lower flange. Advantageously, between this base 4 and the curved lower flange 28 of the plate 20, is disposed a damping cushion 29 which avoids sound resonance phenomena. This cushioning cushion may be a single layer of a polymeric material (for example a cellular foam-type polymer) or rubber. Likewise, the internal force of each of the clamps 5 of each of the two pairs 15 and 25 of collars may also be coated with an elastically deformable, vibration-damping material 9, such as a polymeric material or a rubber. Thus, the interposition according to the invention of a multiplicity of damping means, respectively between the mast and the clamps, the support plate and the arm 35 of suspension, and between the suspension arms and the anchors substantially eliminates the vibrations generated during operation of the wind turbine at wall wall 30. The present invention is not limited to the embodiment described above.
Plus particulièrement, l'exemple détaillé ci-dessus comporte une paire de bras de suspension, à savoir un bras de suspension inférieur et un bras de suspension supérieur, mais le dispositif selon l'invention n'est pas limité à cette configuration et pourrait comporter, selon notamment la hauteur du mât et/ou de la paroi murale et/ou la dimension de l'éolienne, plusieurs bras de suspension supérieurs.10More particularly, the example detailed above includes a pair of suspension arms, namely a lower suspension arm and an upper suspension arm, but the device according to the invention is not limited to this configuration and could comprise , in particular according to the height of the mast and / or the wall and / or the size of the wind turbine, several upper suspension arms.
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