WO2016156925A1 - Tronçon de mât d'éolienne, mât d'éolienne et procédé d'assemblage - Google Patents

Tronçon de mât d'éolienne, mât d'éolienne et procédé d'assemblage Download PDF

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WO2016156925A1
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Michaël GREMLING
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Definitions

  • Windmill mast section Windmill mast section, wind turbine mast and assembly method
  • the present invention relates to a wind turbine mast section having a longitudinal central axis extending in a longitudinal direction, the mast section comprising at least two tubular mast members stacked in the longitudinal direction and arranged edge to edge at a junction plane, each mast element comprising at least two wall segments, connected together by first connectors extending along the longitudinal edges of the wall segments, the mast section further comprising second connectors each extending straddling the two adjacent mast members in the longitudinal direction.
  • masts of increased height and diameter. Due to their large dimensions, such masts can not be transported assembled. As a result, masts are generally transported in portions to their site of implantation prior to assembly in situ.
  • wind turbine masts in which wind turbine wall segments are transported to the wind turbine installation site, and then these wall segments are assembled by means of first connectors for forming substantially tubular, generally cylindrical or frustoconical mast members, which are then successively assembled together by means of second connectors to form the wind turbine mast.
  • An object of the invention is to provide a wind turbine mast, possibly of great height, having a longer life and can be transported easily and quickly and assembled at lower cost.
  • the subject of the invention is a section of wind turbine mast in which each second connector extends in the longitudinal extension of a first connector, the second connector having an increasing width, from said first connector, of a first width substantially equal to the width of the first connector to a second width strictly greater than the first width, the second width being reached before the joining plane from the first connector.
  • the mast section has one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
  • the mast section has a tubular shape of polygonal cross section, each side of the polygon defining a facet of the mast section;
  • each second connector extends over one facet of the mast section and the second width is greater than or equal to 50% of the width of the facet on which the second connector in question extends, taken at the junction plane between the adjacent mast elements;
  • each wall segment comprises a central panel and two lateral panels forming an angle with the central panel;
  • the second connectors are symmetrical with respect to the longitudinal axis of the first connector that they extend;
  • the width of the second connector increases linearly from the first width to the second width
  • each second connector comprises a substantially rectangular central portion extending astride the two adjacent wall elements and at least one trapezoid-shaped junction portion, extending from a respective first connector to the central portion; width of the junction portion varying from the first connector from the first width to the second width;
  • the edges of the trapezium of the or each trapezium-shaped junction portion form an angle of between 30 and 55 ° with the base of the trapezium;
  • the second connector comprises two junction portions flanking the central portion in the longitudinal direction;
  • each second connector is symmetrical with respect to the junction plane
  • each second connector extends on the one hand astride two circumferentially adjacent lateral panels of one of the mast elements and on the other hand on a central section of the other mast element;
  • the mast section further comprises intermediate connectors disposed astride two adjacent mast elements, between two second connectors adjacent circumferentially; - Each intermediate connector straddles two centrally adjacent longitudinal sides of the two mast elements and each second connector straddles two circumferentially adjacent side panels of each of the adjacent mast elements.
  • the invention also relates to a wind turbine mast comprising a mast section as described above.
  • the invention also describes a method of assembling a mast section as described previously comprising:
  • FIG. 1 is a schematic view of a wind turbine
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a portion of a wind turbine mast section
  • FIG. 3 is a schematic exploded perspective view of a portion of the mast section of Figure 2;
  • FIG. 4 is an enlarged schematic view of a junction zone between two mast elements of a mast section according to the invention, from inside the mast, illustrating an example of a second connector;
  • FIG. 5 is a view similar to FIG. 4, illustrating another example of a second connector
  • FIG. 6 is a schematic exploded perspective view of a portion of a mast section
  • FIG. 7 is a schematic perspective view of a portion of a wind turbine mast section according to a first embodiment
  • FIG. 8 is a schematic view from above of the wind turbine mast section of FIG. 7;
  • - Figure 9 is a schematic perspective exploded view of a portion of the mast section of Figure 7, only some connecting members being shown;
  • - Figure 10 is a schematic perspective view of a portion of a wind turbine mast section according to a second embodiment;
  • connection means the mechanical fixing by a connecting member, and in particular the fixing by bolting or by screwing. This term therefore does not include fixing by welding or brazing.
  • longitudinal edges of an element, the edges of this element extending in the longitudinal direction.
  • transverse edges means the edges of this element extending perpendicularly to the longitudinal direction.
  • angular offset means the rotation of a constituent element of the mast along the central longitudinal axis L compared to an adjacent element.
  • the constituent elements of the mast, the mast section and the mast elements are preferably made of metal, in particular steel, and especially from coils or steel plates.
  • the mast section 1 for a wind turbine according to the invention is intended to form part of a mast 2 of a wind turbine 3.
  • the wind turbine 3 comprises, at its upper end, a nacelle 5 and a rotor 7 mounted on the nacelle 5.
  • the nacelle 5, mounted at the upper end of the mast 2 houses mechanical, electrical and electronic components for the operation of the wind turbine 3.
  • the rotor 7 comprises a plurality of blades 9 intended to be driven in rotation about an axis of the rotor 5 by the energy the wind.
  • the windmill mast 2 is intended to be anchored in the soil 10 of the implantation site, by any means known to those skilled in the art, in particular by foundations 1 1 adapted.
  • the mast section 1 has a tubular shape with a central longitudinal axis L extending in a longitudinal direction.
  • the longitudinal direction extends along the vertical of the implantation site.
  • the mast section 1 has a frustoconical shape, narrowing towards the top of the mast 2.
  • cone means any regulated surface defined by a generator passing through a vertex and a variable point describing a guide curve.
  • the mast section 1 has an outside diameter of the order of 7 to 11 meters, and for example equal to 9 meters at its lower end and of the order of 2 to 4 meters, and for example equal to 4 meters, at its upper end. These diameters can however be adapted according to requirements of resistance, connection to the nacelle or related to the installation site.
  • the mast section 1 preferably has a polygonal cross section. Each side of this polygon defines a facet of the wall of the mast section 1.
  • a frustoconical polygonal shape has the advantage of getting closer to the frustoconical shape with a circular base, which is the shape with the best resistance to the wind whatever the orientation of the latter and the best inertia, while being very simple to manufacture, since it can in particular be made from wall segments obtained by simple folding or profiling of metal sheets.
  • the mast section 1 has a cylindrical shape with a polygonal base of constant cross section.
  • the mast section 1 comprises at least two mast elements 14, stacked in the longitudinal direction.
  • the adjacent mast elements 14 of the mast section 1 are arranged edge to edge, along a junction plane P, with the necessary clearances for assembly.
  • Each mast element 14 has a tubular shape with a central longitudinal axis coinciding with the central longitudinal axis L of the mast section 1. It has a general shape similar to that of the mast section 1.
  • the mast element 14 has a frustoconical shape, preferably with a polygonal base, narrowing towards the top of the mast element 14.
  • the mast element 14 also has a cylindrical shape with a polygonal base.
  • Each mast element 14 comprises a plurality of wall segments 16 connected to each other by their longitudinal edges.
  • the adjacent wall segments 16 of a mast element 14 are arranged edge to edge, along a junction line, with the necessary clearances for assembly.
  • the mast members 14 are formed of a plurality of wall segments 16 connected to each other avoids being limited by the transport with respect to the final diameter of the mast element 14.
  • the segments 16 are relatively compact and can be transported by standard trucks. They can then be assembled directly on the implantation site to obtain mast elements 14 having the desired diameter.
  • the thickness of the wall segments 16 varies as a function of their position along the mast 2, decreasing from the base towards the top of the mast 2.
  • the wall segments 16 have, for example, a thickness equal to 30 mm at the base of the mast 2 and 16 mm at the top of the mast 2.
  • each wall segment 16 comprises a central panel 18 and two side panels 20.
  • Each side panel 20 extends from a respective longitudinal edge of the central panel 18, forming an angle obtuse with the central panel 18.
  • the side panels 20 stiffen the wall segments 16 and increase the resistance of said segments 16 to bending in the longitudinal direction.
  • This type of wall segment 16 also has the advantage of being easily obtained by simply folding a metal sheet.
  • Each facet of the associated mast section 1 then corresponds to the meeting of longitudinally adjacent facets of the stacked mast elements 14.
  • the wall segments 16 are joined together by first connectors 26 extending along the longitudinal edges of the wall segments 16.
  • the first connectors 26 are attached to the wall segments 16.
  • Each first connector 26 straddles on two adjacent wall segments 16 of a mast element 14. It is attached to the adjacent side panels 20 of the two adjacent wall segments 16 of the mast element 14.
  • each first connector 26 is attached to the corresponding wall segments 16 via first connecting members 27, including screws or bolts.
  • the first connectors 26 comprise connection ports 28 intended to receive the first connecting members 27. These connection ports 28 are organized in the form of lines.
  • the wall segments 16 also comprise connection orifices 29 organized in a network coinciding with that of the connection orifices 28 of the first connectors 26.
  • first connecting members 27 and the connecting orifices 28, 29 are only shown in some of the figures.
  • the first connectors 26 are planar. They are advantageously made by simple cutting from a steel sheet.
  • the first connectors 26 are arranged inside the mast section 1.
  • each first connector 26 extends over most of the height of the mast element 14.
  • it extends over at least 60% of the height of the mast element 14, and more particularly at least 80% of the height of the mast element 14. This configuration improves the transmission of forces within the mast section 1.
  • Each mast element 14 may comprise a single first connector 26 extending over substantially the entire height of the mast element 14 or several first connectors 26, extending in the longitudinal extension of each other and extending jointly on substantially the entire height of the mast element 14.
  • the width of the first connectors 26 is constant over their entire height.
  • Each first connector 26 has, in the illustrated examples, an elongated rectangular shape in the longitudinal direction.
  • the width of the first connectors 26 is less than or equal to 40% of the width of the wall facet of the mast element 14 formed by the connection of the side panels 20 of the two wall segments 16 of the mast element 14 by means of said first connector 26. More particularly, it is less than or equal to 30% of this width.
  • This width can be adapted for each connector 26 of the mast section 1 according to the efforts that the connector 26 will have to support. Preferably, for economic reasons and on-site logistics, all the first connectors 26 of the mast section 1 have the same width.
  • the mast section 1 further comprises connecting means between the two mast elements 14 adjacent in the longitudinal direction.
  • connection means comprise second connectors 30, each extending over two adjacent mast members 14 in the longitudinal direction, in the longitudinal extension of a respective first connector 26.
  • the second connectors 30 are arranged inside the mast section 1.
  • FIGS 4 and 5 illustrate examples of second connectors 30 according to the invention.
  • each second connector 30 extends over a facet of the mast section 1, straddling the longitudinally adjacent facets of the mast elements 14 connected to each other by this second connector 30.
  • the second connectors 30 are symmetrical with respect to a central longitudinal axis of the first connectors 26.
  • the second connectors 30 are substantially planar. They are made of a piece. They are advantageously obtained by simple cutting from a steel sheet.
  • the second connectors 30 have a variable width in the longitudinal direction. More particularly, for each second connector 30, the width increases, from the first connector 26 that it extends, and away from it, a first width L1 substantially equal to the width of the first connector 26 until at a second width L2, strictly greater than the first width.
  • the second width L2 is reached before the junction plane P starting from the first connector 26.
  • the second connector 30 thus has the second width L2 on either side of the junction plane P.
  • the inventors have found that the maximum stresses in the second connectors 30 are noticeably lower than if second connectors of constant width equal to the first width or the second width are used throughout their height.
  • the mast section 1 according to the invention has improved mechanical strength, which allows the manufacture of high poles with a reduced risk of buckling, and thus increases the duration of life of such masts.
  • these connectors are simple to manufacture and allow a simple and inexpensive connection between mast elements 14.
  • the shape of the second connectors 30 is particularly useful because the connector 30 straddles at least three wall segments 16, comprising two circumferentially adjacent segments and at least one longitudinally adjacent segment, as illustrated in FIGS.
  • the second connectors 30 are located astride a longitudinal junction line between circumferentially adjacent wall segments 16 and on a transverse junction line between two longitudinally adjacent wall segments 16, and are thus subjected to rigidity in a multi-directional way.
  • the second connectors 30, by their particular shape, are particularly adapted to withstand such stresses.
  • the height of the width portion L2 of the second connector 30 is chosen according to the vertical stresses to be resumed at the junction between the two mast elements 14.
  • the first width L1 of the second connector 30 is between 1 and 1, 2 times the width of the first connector 26 that it extends. This makes it possible to minimize a sudden change in rigidity at the junction of the first connector 26 and the second connector 30, which limits the concentration of stresses at this level.
  • the first width L1 is equal to the width of the first connector 26.
  • the ratio of these widths L1 to L2 is between 2 and 10. This optimizes the stress flows at the transition between two adjacent mast elements 14.
  • the second width L2 is less than or equal to the width of the facet of the mast section 1 on which extends the second connector 30, taken at the junction plane P between the two mast elements 14.
  • the width of the second connectors 30 increases linearly between the first width L1 at the first connector 26 and the second width L2. This shape is the best compromise between mechanical performance and manufacturing cost.
  • the second connector 30 comprises a trapezoid-shaped junction portion 32 whose width increases from the width L1 to the width L2 away from the first connector 26.
  • This junction portion 32 is extended longitudinally, in s away from the first connector 26, by a central portion 34 of width L2.
  • the central portion 34 extends, in particular symmetrically, straddling the two adjacent mast elements 14.
  • the edges of the trapezoid of the joining portion 32 form an angle ⁇ between 30 ° and 55 ° with the base of the trapezium. This improves the transmission of forces and the stiffness of the second connector 30.
  • the angle a is advantageously equal to 45 ° for optimum transmission of forces between the mast elements 14 by the second connector 30.
  • the second connectors 30 are fixed on the mast elements 14 by means of second connecting members 31, formed for example by screws or bolts.
  • each second connector 30 comprises a regular network of connection ports 35 intended to receive the second connection members 31.
  • This network is for example a network with rectangular mesh, and for example square mesh.
  • the connection ports 35 are evenly distributed over the entire surface of the second connectors 30. The distance between adjacent connection ports 35 is chosen so as to optimize the mechanical strength and fatigue endurance as required.
  • the mast segments 16 comprise an array of connection ports 33 coinciding with the network of connection ports 35 of the second connectors 30.
  • connection ports 28 of the first connectors 26 and between the connection ports 35 of the second connectors 30 are identical so that within the mast section 1, the lines of the first connecting members 27 are extend in line with lines of second connection members 31.
  • connection ports 35, 33 are shown only in some of the figures.
  • mast section 1 In support of Figures 7 to 9, there is now more particularly described a mast section 1 according to a first embodiment.
  • This section of mast 1 has all the features described above. It also presents the more specific features described in the following.
  • all the mast elements 14 of the mast section 1 have the same angular orientation.
  • the longitudinal edges of a wall segment 16 of the upper mast element 14 lie in the extension of the longitudinal edges of the adjacent wall segment 16 of the lower mast element 14.
  • Each first connector 26 of the upper mast element 14 is disposed in the extending in the longitudinal direction of a first connector 26 of the lower mast member 14.
  • Each second connector 30 is interposed, in the longitudinal direction, between a first connector 26 of the upper mast member 14 and a first connector 26 of the lower mast member 14. Each second connector 30 is positioned edge to edge with the first connectors 26 which surround it, with the necessary games for assembly.
  • Each second connector 30 is attached, on the one hand, to two circumferentially adjacent wall segments 16 of one of the mast members 14 and, on the other hand, to two circumferentially adjacent wall segments 16 of the other mast 14. It is thus positioned astride four wall segments 16.
  • the second connectors 30 are symmetrical with respect to the junction plane P between the two adjacent mast elements 14. They comprise a central portion 34 substantially rectangular, of constant width equal to the second width L2, framed in the longitudinal direction, by two trapezoid-shaped junction portions 32 as described above. Thus, in this embodiment, the second connectors 30 have an octahedral outline.
  • the means of connection between them of the mast elements 14 may furthermore comprise intermediate connectors 36.
  • the intermediate connectors 36 connect the mast elements 14 to one another at the level of the panels. 18 of their wall segments 16. They extend straddling the two adjacent mast members 14 being fixed to the central faces 18 of the wall segments 16 of these mast elements 14. They are arranged between two second connectors 30 circumferentially adjacent. They extend along the transverse edges of the mast elements 14.
  • the intermediate connectors 36 are arranged inside the mast section 1. Intermediate connectors 36 are substantially planar. They present, in the example shown, a rectangular contour. They extend in a direction of elongation substantially perpendicular to the longitudinal direction.
  • the intermediate connectors 36 have a width less than or equal to the width of the wall facet of the mast section 1 on which they are fixed, taken at the junction plane P between these mast elements 14. This wall facet is formed by joining the central sections 20 of the two longitudinally adjacent wall segments 16. By way of example, the intermediate connectors 36 have a width greater than or equal to 50% of the width of this wall facet, taken at the junction plane P between these mast elements 14. Intermediate connectors 36 participate in rigidity resistance along the mast 2, and more particularly between two adjacent mast elements 14.
  • intermediate connectors 36 As they are solicited solely along a line, corresponding to the intersection of the intermediate connectors 36 with the junction plane P, the problems related to the variations in rigidity are less in comparison with what happens at the second connectors 30, which, they are located on a junction zone between four wall segments 16 and are therefore solicited in rigidity in a multi-directional manner. Therefore, intermediate connectors 36 of rectangular shape and of sufficient length provide sufficient rigidity.
  • the intermediate connectors 36 are fixed to the wall segments 16 via third connection members 37, such as screws or bolts.
  • Each intermediate connector 36 comprises a regular network of connection ports 38 intended to receive the third connection members 37.
  • This network is for example a rectangular mesh network, for example square mesh.
  • the connection ports 38 are evenly distributed over the entire surface of the intermediate connectors 36. The distance between adjacent connection ports 38 is chosen so as to optimize the mechanical strength and fatigue endurance as needed.
  • the mast segments 16 comprise an array of connection ports 39 coinciding with the network of connection ports 38 of the intermediate connectors 36.
  • Figures 10 and 1 1 more particularly illustrate a mast section 1 according to a second embodiment.
  • This mast section 1 has all the characteristics described above with reference to FIGS. 1 to 6. It also has the more particular characteristics described hereinafter.
  • the longitudinally adjacent mast members 14 are angularly offset relative to each other so that the longitudinal edges of a wall segment 16 of the upper mast member 14 are not displaced. in the extension of the longitudinal edges of the longitudinally adjacent wall segment 16 of the lower mast element 14.
  • the junction lines between circumferentially adjacent wall segments 16 of the upper mast element 14 are offset angularly with respect to the junction lines between segments. wall 16 circumferentially adjacent to the lower mast member 14. They do not extend in the extension of one another in the longitudinal direction.
  • each central panel 18 of a wall segment 16 of the upper mast element 14 extends facing, in the longitudinal direction, of two adjacent side panels 20 of the lower mast element 14.
  • first connectors 26 of the upper mast element 14 are angularly offset relative to the first connectors 26 of the lower mast element 14. They do not extend in line with each other.
  • each second connector 30 is in contact, with the necessary clearances for assembly, with a single first connector 26.
  • the second connectors 30 are not symmetrical with respect to the junction plane P of the two mast elements 14. They each comprise only the central portion 34 and a single junction portion 32 as described above, extending between the first connector 26 and the central portion 34. Thus, they do not include two junction portions 32 as in the first embodiment.
  • the shape and the arrangement of the central portion 34 and the single junction portion 32 of the second connector 30 are identical to those of the second connector 30 according to the first embodiment.
  • each second connector 30 is attached, on the one hand, to a single wall segment 16 of one of the wall elements 14 and, on the other hand, to two circumferentially adjacent wall segments 16 of the other mast element 14. It is thus positioned astride three wall segments 16.
  • the second connectors 30 are fixed firstly on a central panel 18 of a wall segment 16 of one of the mast elements 14 and on the other hand straddling two circumferentially adjacent side panels 20 of two wall segments 16 of the other mast element 14.
  • the mast section 1 comprises a second connector 30 on each of its facets, at the junctions between mast elements 14.
  • the second connectors 30 are arranged head -bêche according to the circumference of the mast element 14.
  • the junction portion 32 is thus arranged alternately above and below the central portion 34.
  • the junction portion 32 is oriented with its tip in the direction of the first connector 26 that it extends. It is oriented with its tip upwardly when the second connector 30 extends the first connector 26 from below, and downwardly when the second connector 30 extends the first connector 26 from above.
  • the wind turbine mast section 1 according to this embodiment has all the advantages of the wind turbine mast section 1 according to the first embodiment.
  • the circumferential offset of the mast elements 14 improves the mechanical strength of the mast section 1 and the mast 2 insofar as the junction lines between wall segments 16 of the adjacent mast elements 14 , materialized by the first connectors 26, are not disposed opposite in the longitudinal direction. Indeed, the mechanically weaker zones are thus better distributed along the circumference of the mast section 1, which further improves the mechanical strength of the wind turbine mast 2.
  • the invention also relates to a wind turbine mast 2 comprising at least one mast section 1 as described above.
  • the wind turbine mast 2 is formed by stacking, in the longitudinal direction, such mast sections 1.
  • the mast sections 1 are preferably also stacked in an angularly offset manner so that the junction lines between the wall segments 16 of the lower mast element 14 of the upper section 1 are not arranged opposite the junction lines between wall segments 16 of the upper mast element 14 of the lower section 1.
  • the invention also relates to a method of assembling a mast section 1 as described above.
  • This assembly process comprises:
  • the two mast members 14 are stacked with the same angular orientation so that each first connector 26 of the upper mast member 14 extends into the extension, in the longitudinal direction, of a first connector 26 of the lower mast element 14.
  • the second connectors 30 are arranged, in the longitudinal direction, between two first connectors 26 respectively belonging to the lower mast element 14 and the upper mast element 14.
  • the mast elements 14 are stacked angularly offset so that the junction lines between wall segments 16 of the upper mast element 14 they are not facing junction lines between wall segments 16 of the lower mast element 14.
  • one of the mast configurations 1 calculated in accordance with the current calculation codes shows reductions of these constraints of 8% compared to the stresses that the mast 1 would undergo if the second connectors were of conventional rectangular shape.
  • the second connectors 30 according to the invention also make it possible to increase the value of the first eigenmode of the mast 2 and to improve the resistance to global instability of the order of 30 MPa in terms of maximum permissible vertical load.
  • the second connectors 30 according to the invention also allow a slight increase in the resonance frequency.
  • the mast 2 has a frustoconical shape with a polygonal cross section and a height of 140 meters.
  • the diameter of the mast 2 varies from 9 m at its base to 4 m at the summit.
  • the wall segments 16 each have a height of 12 m, and a thickness of between 17 mm and 24 mm depending on their vertical position on the mast 2, the thickness decreasing towards the top of the mast 2.
  • the mast 2 comprises 20 facets, the cross section of the mast 2 being formed by a 20-sided polygon.
  • the width of the facets varies from 1.4 m to 0.6 m depending on the vertical position on the mast 2.
  • the mast 2 is provided with first connectors 26 of rectangular shape with a width equal to 200 mm and height varying according to the position on the mast 2 on average 1 1, 59 m for the first connectors 26 located at the base of the mast 2 to 1 1, 17 m for the first connectors 26 located at the top of the mast 2.
  • the second connectors 30 have an octahedral shape with a junction portion 32 of trapezoidal shape.
  • the width L1 at the top of the joining portion 32 is 200 mm.
  • the angle a between the edges of the trapezium and its base is equal to 45 °.
  • the central portion 34 is rectangular and has a width L2 ranging from 1.2 m at the base of the mast 2 to 0.6 m at the top of the mast 2, depending on the vertical position of the second connector 30 considered on the mast 2.
  • the height of the central portion 34 varies, depending on the vertical position of the second connector 34 considered along the mast 2, from 800 mm at the base of the mast 2 to 400 mm at the top of the mast 2.
  • the height of the second connectors 30 ranges from 1.3 m to 0.6 m, depending on their position, respectively, at the bottom and at the top of mast 2.
  • the intermediate connectors 36 have a rectangular shape. Their height varies, according to their position on the mast 2, from 800 mm down the mast 2 to 400 mm at the top of the mast 2. The width of the intermediate connectors 36 varies from 1.2 m to the base of the mast 2 to 0, 6 m at the top of the mast 2, depending on the vertical position of the connector 36 on the mast 2.
  • the thickness of all the connectors 26, 30, 36 was taken equal to 16 mm. Note that in practice, the thickness of the connectors 26, 30, 36 can be up to 18 mm, depending on the stresses.

Abstract

La présente invention concerne un tronçon de mât (1) pour éolienne comprenant au moins deux éléments de mât (14) empilés et agencés bord à bord au niveau d'un plan de jonction (P), chaque élément de mât (14) comprenant au moins deux segments de paroi (16), connectés entre eux par des premiers connecteurs (26), le tronçon de mât (1) comprenant en outre des deuxièmes connecteurs (30) s'étendant chacun à cheval sur les deux éléments de mât (14) adjacents selon la direction longitudinale. Chaque deuxième connecteur (30) s'étend dans le prolongement longitudinal d'un premier connecteur (26) et présente une largeur augmentant, à partir dudit premier connecteur (26), d'une première largeur sensiblement égale à la largeur du premier connecteur (26) jusqu'à une deuxième largeur strictement supérieure à la première largeur, la deuxième largeur étant atteinte avant le plan de jonction (P) en partant du premier connecteur (26).

Description

Tronçon de mât d'éolienne, mât d'éolienne et procédé d'assemblage
La présente invention concerne un tronçon de mât pour éolienne présentant un axe central longitudinal s'étendant suivant une direction longitudinale, le tronçon de mât comprenant au moins deux éléments de mât tubulaires empilés selon la direction longitudinale et agencés bord à bord au niveau d'un plan de jonction, chaque élément de mât comprenant au moins deux segments de paroi, connectés entre eux par des premiers connecteurs s'étendant le long des bords longitudinaux des segments de paroi, le tronçon de mât comprenant en outre des deuxièmes connecteurs s'étendant chacun à cheval sur les deux éléments de mât adjacents selon la direction longitudinale.
Les efforts d'amélioration du rendement énergétique des éoliennes ont conduit au cours du temps à une augmentation de la taille des turbines, nécessitant, pour leur support, des mâts de hauteur et de diamètre accrus. Du fait de leurs dimensions importantes, de tels mâts ne peuvent pas être transportés assemblés. Par conséquent, les mâts sont généralement transportés par portions jusqu'à leur site d'implantation, avant de procéder à leur assemblage in situ.
Plus particulièrement, il existe des procédés d'assemblage de mâts d'éolienne, selon lesquels on transporte des segments de paroi de l'éolienne jusqu'au site d'implantation de l'éolienne, puis on assemble ces segments de paroi au moyen de premiers connecteurs pour former des éléments de mât sensiblement tubulaires, généralement cylindriques ou tronconiques, lesquels sont ensuite successivement assemblés entre eux au moyen de deuxièmes connecteurs pour former le mât d'éolienne.
Compte tenu des dimensions de plus en plus importantes des mâts d'éoliennes, il est nécessaire d'améliorer la résistance mécanique de ces mâts de sorte à minimiser le risque de défaillance en cours d'utilisation, notamment par flambage, tout en limitant autant que possible les coûts de fabrication et le temps d'assemblage.
Un but de l'invention est de fournir un mât d'éolienne, éventuellement de grande hauteur, présentant une durée de vie accrue et pouvant être transporté facilement et rapidement et assemblé à moindre coût.
A cet effet, l'invention a pour objet un tronçon de mât d'éolienne dans lequel chaque deuxième connecteur s'étend dans le prolongement longitudinal d'un premier connecteur, le deuxième connecteur présentant une largeur augmentant, à partir dudit premier connecteur, d'une première largeur sensiblement égale à la largeur du premier connecteur jusqu'à une deuxième largeur strictement supérieure à la première largeur, la deuxième largeur étant atteinte avant le plan de jonction en partant du premier connecteur. Selon des modes de réalisation particuliers, le tronçon de mât présente l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toute combinaison techniquement possible :
- le tronçon de mât présente une forme tubulaire de section transversale polygonale, chaque côté de ce polygone définissant une facette du tronçon de mât ;
- chaque deuxième connecteur s'étend sur une facette du tronçon de mât et la deuxième largeur est supérieure ou égale à 50% de la largeur de la facette sur laquelle s'étend le deuxième connecteur considéré, prise au niveau du plan de jonction entre les éléments de mât adjacents ;
- chaque segment de paroi comprend un pan central et deux pans latéraux formant un angle avec le pan central ;
- les deuxièmes connecteurs sont symétriques par rapport à l'axe longitudinal du premier connecteur qu'ils prolongent ;
- la largeur du deuxième connecteur augmente linéairement de la première largeur jusqu'à la deuxième largeur ;
- chaque deuxième connecteur comprend une portion centrale sensiblement rectangulaire s'étendant à cheval sur les deux éléments de paroi adjacents et au moins une portion de jonction en forme de trapèze, s'étendant depuis un premier connecteur respectif jusqu'à la portion centrale, la largeur de la portion de jonction variant, depuis le premier connecteur, de la première largeur jusqu'à la deuxième largeur ;
- les bords du trapèze de la ou chaque portion de jonction en forme de trapèze forment un angle compris entre 30 et 55° avec la base du trapèze ;
- le deuxième connecteur comprend deux portions de jonction encadrant la portion centrale selon la direction longitudinale ;
- chaque deuxième connecteur est symétrique par rapport au plan de jonction ;
- les bords longitudinaux d'un segment de paroi de l'élément de mât supérieur se situent dans le prolongement des bords longitudinaux du segment de paroi adjacent de l'élément de mât inférieur ;
- les éléments de mât adjacents sont décalés angulairement les uns par rapport aux autres, et chaque deuxième connecteur s'étend d'une part à cheval sur deux pans latéraux adjacents circonférentiellement de l'un des éléments de mât et d'autre part sur un pan central de l'autre élément de mât ;
- le tronçon de mât comprend en outre des connecteurs intermédiaires disposés à cheval sur deux éléments de mât adjacents, entre deux deuxièmes connecteurs adjacents circonférentiellement ; - chaque connecteur intermédiaire s'étend à cheval sur deux pans centraux adjacents longitudinalement des deux éléments de mât et chaque deuxième connecteur s'étend à cheval sur deux pans latéraux adjacents circonférentiellement de chacun des éléments de mât adjacents.
L'invention concerne également un mât d'éolienne comprenant un tronçon de mât tel que décrit précédemment.
L'invention décrit également un procédé d'assemblage d'un tronçon de mât tel que décrit précédemment comprenant :
- la fourniture de segments de paroi et l'assemblage de ces segments de paroi entre eux par l'intermédiaire des premiers connecteurs de sorte à former des éléments de mât ;
- l'empilement, selon la direction longitudinale, de deux éléments de mât et la connexion entre eux de ces deux éléments de mât au moyen des deuxièmes connecteurs.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'une éolienne ;
- la figure 2 est une vue schématique en perspective d'une partie d'un tronçon de mât d'éolienne;
- la figure 3 est une vue schématique en perspective éclatée d'une partie du tronçon de mât de la figure 2 ;
- la figure 4 est une vue schématique agrandie d'une zone de jonction entre deux éléments de mât d'un tronçon de mât selon l'invention, depuis l'intérieur du mât, illustrant un exemple de deuxième connecteur ;
- la figure 5 est une vue analogue à la figure 4, illustrant un autre exemple de deuxième connecteur ;
- la figure 6 est une vue schématique en perspective éclatée d'une partie d'un tronçon de mât ;
- la figure 7 est une vue schématique en perspective d'une partie d'un tronçon de mât d'éolienne selon un premier mode de réalisation ;
- la figure 8 est une vue schématique de dessus du tronçon de mât d'éolienne de la figure 7 ;
- la figure 9 est une vue schématique en perspective éclatée d'une partie du tronçon de mât de la figure 7, seuls certains organes de connexion étant représentés ; - la figure 10 est une vue schématique en perspective d'une partie d'un tronçon de mât d'éolienne selon un deuxième mode de réalisation ; et
- la figure 1 1 est une vue de dessus du tronçon de mât d'éolienne de la figure 10. Dans toute la description, on entend par « connexion » la fixation mécanique par un organe de connexion, et en particulier la fixation par boulonnage ou par vissage. Ce terme ne recouvre donc notamment pas la fixation par soudage ou par brasage.
L'emploi de boulons ou de vis pour réaliser les connexions permet de gérer au mieux le comportement en fatigue du tronçon de mât en choisissant les emplacements et la densité des boulons ou des vis en fonction des impératifs de résistance et d'endurance à la fatigue. Par ailleurs, l'absence de soudures au sein du tronçon de mât et du mât d'éolienne permet d'éviter la présence de zones affectées thermiquement, ce qui garantit une homogénéité des performances des aciers et supprime les points faibles engendrés par ces zones affectées thermiquement.
On entend par « hauteur », la dimension d'un élément suivant la direction longitudinale et par « largeur », la dimension de cet élément perpendiculairement à la direction longitudinale.
Dans toute la description, on entend par « bords longitudinaux » d'un élément, les bords de cet élément s'étendant selon la direction longitudinale. On entend par « bords transversaux », les bords de cet élément s'étendant perpendiculairement à la direction longitudinale.
Les termes « haut » et « bas », « en-dessous » et « au-dessus » et « inférieur » et « supérieur » sont utilisés par rapport à l'orientation normale du mât d'éolienne 2 sur son site d'implantation.
Dans toute la description, on entend par « décalage angulaire » la rotation d'un élément constitutif du mât selon l'axe longitudinal central L comparativement à un élément adjacent.
Dans toute la description, les éléments constitutifs du mât, du tronçon de mât et des éléments de mât sont de préférence réalisés en métal, en particulier en acier, et tout particulièrement à partir de bobines ou de plaques d'acier.
Le tronçon de mât 1 pour éolienne suivant l'invention est destiné à former une partie d'un mât 2 d'une éolienne 3.
De manière classique, et comme illustré sur la figure 1 , l'éolienne 3 comprend, à son extrémité supérieure, une nacelle 5 et un rotor 7 monté sur la nacelle 5. La nacelle 5, montée à l'extrémité supérieure du mât 2, abrite des composants mécaniques, électriques et électroniques pour le fonctionnement de l'éolienne 3. Le rotor 7 comprend une pluralité de pales 9 destinées à être entraînées en rotation autour d'un axe du rotor 5 par l'énergie du vent. A son extrémité inférieure, le mât d'éolienne 2 est destiné à être ancré dans le sol 10 du site d'implantation, par tout moyen connu de l'homme du métier, notamment par des fondations 1 1 adaptées.
Le tronçon de mât 1 selon l'invention présente une forme tubulaire d'axe longitudinal central L s'étendant suivant une direction longitudinale. Lorsque le tronçon de mât 1 est installé sur son site d'implantation, la direction longitudinale s'étend suivant la verticale du site d'implantation.
Dans les exemples illustrés sur les figures, le tronçon de mât 1 présente une forme tronconique, se rétrécissant vers le haut du mât 2.
On entend par « cône » toute surface réglée définie par une génératrice passant par un sommet et un point variable décrivant une courbe directrice.
A titre d'exemple, le tronçon de mât 1 présente un diamètre extérieur de l'ordre de 7 à 1 1 mètres, et par exemple égal à 9 mètres, à son extrémité inférieure, et de l'ordre de 2 à 4 mètres, et par exemple égal à 4 mètres, à son extrémité supérieure. Ces diamètres peuvent cependant être adaptés en fonction d'impératifs de résistance, de connexion à la nacelle ou liés au site d'installation.
Le tronçon de mât 1 présente de préférence une section transversale polygonale. Chaque côté de ce polygone définit une facette de la paroi du tronçon de mât 1 .
Une forme tronconique polygonale présente l'avantage de se rapprocher au mieux de la forme tronconique à base circulaire, qui est la forme présentant la meilleure résistance au vent quelle que soit l'orientation de celui-ci et la meilleure inertie, tout en étant très simple à fabriquer, puisqu'elle peut notamment être réalisée à partir de segments de paroi obtenus par simple pliage ou profilage de tôles métalliques.
Selon une variante, le tronçon de mât 1 présente une forme cylindrique à base polygonale de section transversale constante.
Comme cela est illustré sur la figure 2, le tronçon de mât 1 comprend au moins deux éléments de mât 14, empilés selon la direction longitudinale. Les éléments de mât 14 adjacents du tronçon de mât 1 sont agencés bord à bord, le long d'un plan de jonction P, moyennant les jeux nécessaires à l'assemblage.
Chaque élément de mât 14 présente une forme tubulaire, d'axe longitudinal central confondu avec l'axe longitudinal central L du tronçon de mât 1 . Il présente une forme générale analogue à celle du tronçon de mât 1 .
Dans les exemples représentés, l'élément de mât 14 présente une forme tronconique, de préférence à base polygonale, se rétrécissant vers le haut de l'élément de mât 14. Lorsque le tronçon de mât 1 présente une forme cylindrique à base polygonale, l'élément de mât 14 présente également une forme cylindrique à base polygonale.
Chaque élément de mât 14 comprend une pluralité de segments de paroi 16 connectés entre eux par leurs bords longitudinaux. Les segments de paroi 16 adjacents d'un élément de mât 14 sont agencés bord à bord, le long d'une ligne de jonction, moyennant les jeux nécessaires à l'assemblage.
Le fait que les éléments de mât 14 soient formés d'une pluralité de segments de paroi 16 connectés entre eux évite d'être limité par le transport en ce qui concerne le diamètre final de l'élément de mât 14. En effet, les segments de paroi 16 sont relativement peu encombrants et peuvent donc être transportés par des camions standards. Ils peuvent ensuite être assemblés directement sur le site d'implantation pour obtenir des éléments de mât 14 présentant le diamètre souhaité.
Par ailleurs, la conception basée sur l'assemblage de petits éléments permet d'effectuer le transport par des véhicules compacts et légers, ce qui permet de considérer de nouveaux sites d'implantation jusqu'alors inenvisageables car difficilement carrossables pour des transports lourds tels que les transports dits exceptionnels.
A titre d'exemple, l'épaisseur des segments de paroi 16 varie en fonction de leur position le long du mât 2, en diminuant de la base vers le sommet du mât 2. Les segments de paroi 16 présentent par exemple une épaisseur égale à 30 mm à la base du mât 2 et à 16 mm au somment du mât 2.
Dans l'exemple représenté à la figure 2, chaque segment de paroi 16 comprend un pan central 18 et deux pans latéraux 20. Chaque pan latéral 20 s'étend à partir d'un bord longitudinal respectif du pan central 18, en formant un angle obtus avec le pan central 18. Les pans latéraux 20 rigidifient les segments de paroi 16 et augmentent la résistance desdits segments 16 à la flexion suivant la direction longitudinale. Ce type de segment de paroi 16 présente également l'avantage d'être facilement obtenu par simple pliage d'une feuille métallique.
La réunion des pans latéraux 20 adjacents de deux segments de paroi 16 adjacents d'un élément de mât 14 forme une facette de l'élément de mât 14. Chaque pan central 18 d'un segment de paroi 16 forme également une facette de l'élément de mât 14.
Chaque facette du tronçon de mât 1 associé correspond alors à la réunion des facettes adjacentes longitudinalement des éléments de mât 14 empilés.
Les segments de paroi 16 sont assemblés entre eux par des premiers connecteurs 26 s'étendant le long des bords longitudinaux des segments de paroi 16. Les premiers connecteurs 26 sont rapportés sur les segments de paroi 16. Chaque premier connecteur 26 s'étend à cheval sur deux segments de paroi 16 adjacents d'un élément de mât 14. Il est fixé sur les pans latéraux 20 adjacents des deux segments de paroi 16 adjacents de l'élément de mât 14.
Comme cela est illustré schématiquement sur la figure 3, chaque premier connecteur 26 est fixé sur les segments de paroi 16 correspondants par l'intermédiaire de premiers organes de connexion 27, notamment des vis ou des boulons. A cet effet, les premiers connecteurs 26 comprennent des orifices de connexion 28 destinés à recevoir les premiers organes de connexion 27. Ces orifices de connexion 28 sont organisés en forme de lignes. Les segments de paroi 16 comprennent également des orifices de connexion 29 organisés selon un réseau coïncidant avec celui des orifices de connexion 28 des premiers connecteurs 26.
Pour des raisons de simplification des dessins, les premiers organes de connexion 27 et les orifices de connexion 28, 29 ne sont représentés que sur certaines des figures.
Les premiers connecteurs 26 sont plans. Ils sont avantageusement réalisés par simple découpage à partir d'une tôle d'acier.
Les premiers connecteurs 26 sont disposés à l'intérieur du tronçon de mât 1 .
De préférence, chaque premier connecteur 26 s'étend sur la majeure partie de la hauteur de l'élément de mât 14. Avantageusement, il s'étend sur au moins 60% de la hauteur de l'élément de mât 14, et plus particulièrement sur au moins 80% de la hauteur de l'élément de mât 14. Cette configuration permet d'améliorer la transmission des efforts au sein du tronçon de mât 1 .
Chaque élément de mât 14 peut comprendre un seul premier connecteur 26 s'étendant sur sensiblement toute la hauteur de l'élément de mât 14 ou plusieurs premiers connecteurs 26, s'étendant dans le prolongement longitudinal les uns des autres et s'étendant conjointement sur sensiblement toute la hauteur de l'élément de mât 14.
De préférence, la largeur des premiers connecteurs 26 est constante sur toute leur hauteur. Chaque premier connecteur 26 présente, dans les exemples illustrés, une forme rectangulaire allongée suivant la direction longitudinale.
A titre d'exemple, la largeur des premiers connecteurs 26 est inférieure ou égale à 40% de la largeur de la facette de paroi de l'élément de mât 14 formée par la connexion des pans latéraux 20 des deux segments de paroi 16 de l'élément de mât 14 au moyen dudit premier connecteur 26. Plus particulièrement, elle est inférieure ou égale à 30% de cette largeur. Cette largeur peut être adaptée pour chaque connecteur 26 du tronçon de mât 1 en fonction des efforts que le connecteur 26 devra supporter. De préférence, pour des raisons économiques et de logistique sur chantier, tous les premiers connecteurs 26 du tronçon de mât 1 présentent la même largeur. Le tronçon de mât 1 comprend en outre des moyens de connexion entre eux des deux éléments de mât 14 adjacents selon la direction longitudinale.
Ces moyens de connexion comprennent des deuxièmes connecteurs 30, s'étendant chacun à cheval sur deux éléments de mât 14 adjacents selon la direction longitudinale, dans le prolongement longitudinal d'un premier connecteur 26 respectif. Les deuxièmes connecteurs 30 sont disposés à l'intérieur du tronçon de mât 1 .
Les figures 4 et 5 illustrent des exemples de deuxièmes connecteurs 30 selon l'invention.
Dans le cas d'un tronçon de mât 1 présentant des facettes, chaque deuxième connecteur 30 s'étend sur une facette du tronçon de mât 1 , à cheval sur les facettes adjacentes longitudinalement des éléments de mât 14 connectés entre eux par ce deuxième connecteur 30.
De préférence, les deuxièmes connecteurs 30 sont symétriques par rapport à un axe longitudinal central des premiers connecteurs 26.
Les deuxièmes connecteurs 30 sont sensiblement plans. Ils sont réalisés d'une pièce. Ils sont avantageusement obtenus par simple découpage à partir d'une tôle en acier.
Comme représenté sur les figures 4 et 5, les deuxièmes connecteurs 30 présentent une largeur variable selon la direction longitudinale. Plus particulièrement, pour chaque deuxième connecteur 30, la largeur augmente, à partir du premier connecteur 26 qu'il prolonge, et en s'éloignant de celui-ci, d'une première largeur L1 sensiblement égale à la largeur du premier connecteur 26 jusqu'à une deuxième largeur L2, strictement supérieure à la première largeur.
La deuxième largeur L2 est atteinte avant le plan de jonction P en partant du premier connecteur 26. Le deuxième connecteur 30 présente ainsi la deuxième largeur L2 de part et d'autre du plan de jonction P.
Cette variation de la largeur des deuxièmes connecteurs 30 résulte en une réduction notable des contraintes maximales dans les deuxièmes connecteurs 30.
Les inventeurs ont constaté que les contraintes maximales dans les deuxièmes connecteurs 30 sont notablement plus faibles que si l'on utilise des deuxièmes connecteurs de largeur constante égale à la première largeur ou à la deuxième largeur sur toute leur hauteur. Ainsi, grâce à l'utilisation des deuxièmes connecteurs 30, le tronçon de mât 1 selon l'invention présente une résistance mécanique améliorée, ce qui autorise la fabrication de mâts de grande hauteur avec un risque de flambage réduit, et augmente ainsi la durée de vie de tels mâts. Par ailleurs, ces connecteurs sont simples à fabriquer et permettent une connexion simple et peu coûteuse entre éléments de mât 14. La forme des deuxièmes connecteurs 30 est particulièrement utile du fait que le connecteur 30 s'étend à cheval sur au moins trois segments de paroi 16, comprenant deux segments adjacents circonférentiellement et au moins un segment adjacent longitudinalement, comme illustré sur les figures 4 et 5. En effet, de ce fait, les deuxièmes connecteurs 30 sont situés à cheval sur une ligne de jonction longitudinale entre segments de paroi 16 adjacents circonférentiellement et sur une ligne de jonction transversale entre deux segments de paroi 16 adjacents longitudinalement, et sont ainsi sollicités en rigidité de façon multi-directionnelle. Or, les deuxièmes connecteurs 30, de par leur forme particulière, sont particulièrement adaptés pour résister à de telles sollicitations.
La hauteur de la partie de largeur L2 du deuxième connecteur 30 est choisie en fonction des contraintes verticales à reprendre à la jonction entre les deux éléments de mât 14.
De préférence, la première largeur L1 du deuxième connecteur 30 est comprise entre 1 fois et 1 ,2 fois la largeur du premier connecteur 26 qu'il prolonge. Ceci permet de minimiser un changement brusque de rigidité à la jonction du premier connecteur 26 et du deuxième connecteur 30, ce qui limite la concentration de contraintes à ce niveau. De préférence la première largeur L1 est égale à la largeur du premier connecteur 26.
De préférence, le ratio de ces largeurs L1 sur L2 est compris entre 2 et 10. Ceci optimise les flux de contraintes au niveau de la transition entre deux éléments de mât 14 adjacents.
Dans le cas d'un tronçon de mât 1 présentant des facettes, la deuxième largeur L2 est inférieure ou égale à la largeur de la facette du tronçon de mât 1 sur laquelle s'étend le deuxième connecteur 30, prise au niveau du plan de jonction P entre les deux éléments de mât 14.
Elle est avantageusement supérieure à environ 50% de la largeur de cette facette. Plus particulièrement, elle est supérieure à 70% de la largeur de cette facette.
De préférence, la largeur des deuxièmes connecteurs 30 augmente linéairement entre la première largeur L1 , au niveau du premier connecteur 26, et la deuxième largeur L2. Cette forme constitue le meilleur compromis entre les performances mécaniques et le coût de fabrication.
Avantageusement, le deuxième connecteur 30 comprend une portion de jonction 32 en forme de trapèze dont la largeur augmente de la largeur L1 jusqu'à la largeur L2 en s'éloignant du premier connecteur 26. Cette portion de jonction 32 est prolongée longitudinalement, en s'éloignant du premier connecteur 26, par une portion centrale 34 de largeur L2. La portion centrale 34 s'étend, en particulier symétriquement, à cheval sur les deux éléments de mât 14 adjacents.
De préférence, les bords du trapèze de la portion de jonction 32 forment un angle a compris entre 30° et 55° avec la base du trapèze. Ceci améliore la transmission des efforts et la tenue en rigidité du deuxième connecteur 30. L'angle a est avantageusement égal à 45° pour une transmission optimale des efforts entre les éléments de mât 14 par le deuxième connecteur 30.
Comme illustré sur la figure 6, les deuxièmes connecteurs 30 sont fixés sur les éléments de mât 14 au moyen de deuxièmes organes de connexion 31 , formés par exemple par des vis ou des boulons.
A titre d'exemple, chaque deuxième connecteur 30 comprend un réseau régulier d'orifices de connexion 35 destinés à recevoir les deuxièmes organes de connexion 31 . Ce réseau est par exemple un réseau à maille rectangulaire, et par exemple à maille carrée. Les orifices de connexion 35 sont répartis régulièrement sur toute la surface des deuxièmes connecteurs 30. La distance entre orifices de connexion 35 adjacents est choisie de sorte à optimiser la résistance mécanique et l'endurance à la fatigue en fonction des besoins. Les segments de mât 16 comprennent un réseau d'orifices de connexion 33 coïncidant avec le réseau d'orifices de connexion 35 des deuxièmes connecteurs 30.
Avantageusement, les distances entre les orifices de connexion 28 des premiers connecteurs 26 et entre les orifices de connexion 35 des deuxièmes connecteurs 30 sont identiques de telle sorte qu'au sein du tronçon de mât 1 , les lignes de premiers organes de connexion 27 s'étendent dans le prolongement de lignes de deuxièmes organes de connexion 31 .
Pour des raisons de simplification des dessins, les premiers organes de connexion
31 et les orifices de connexion 35, 33 ne sont représentés que sur certaines des figures.
A l'appui des figures 7 à 9, on décrit maintenant plus particulièrement un tronçon de mât 1 selon un premier mode de réalisation. Ce tronçon de mât 1 présente toutes les caractéristiques décrites précédemment. Il présente également les caractéristiques plus particulières décrites dans la suite.
Dans ce premier mode de réalisation, tous les éléments de mât 14 du tronçon de mât 1 présentent la même orientation angulaire. Les bords longitudinaux d'un segment de paroi 16 de l'élément de mât 14 supérieur se situent dans le prolongement des bords longitudinaux du segment de paroi 16 adjacent de l'élément de mât 14 inférieur. Chaque premier connecteur 26 de l'élément de mât 14 supérieur est disposé dans le prolongement selon la direction longitudinale d'un premier connecteur 26 de l'élément de mât 14 inférieur.
Chaque deuxième connecteur 30 est intercalé, selon la direction longitudinale, entre un premier connecteur 26 de l'élément de mât 14 supérieur et un premier connecteur 26 de l'élément de mât 14 inférieur. Chaque deuxième connecteur 30 est positionné bord à bord avec les premiers connecteurs 26 qui l'encadrent, moyennant les jeux nécessaires à l'assemblage.
Chaque deuxième connecteur 30 est fixé, d'une part, sur deux segments de paroi 16 adjacents circonférentiellement de l'un des éléments de mât 14 et, d'autre part, sur deux segments de paroi 16 adjacents circonférentiellement de l'autre élément de mât 14. Il est ainsi disposé à cheval sur quatre segments de paroi 16.
Les deuxièmes connecteurs 30 sont symétriques par rapport au plan de jonction P entre les deux éléments de mât 14 adjacents. Ils comprennent une portion centrale 34 sensiblement rectangulaire, de largeur constante égale à la deuxième largeur L2, encadrée, selon la direction longitudinale, par deux portions de jonction 32 en forme de trapèze telles que décrites précédemment. Ainsi, dans ce mode de réalisation, les deuxièmes connecteurs 30 présentent un contour octaédrique.
Comme illustré sur la figure 7, dans le premier mode de réalisation, les moyens de connexion entre eux des éléments de mât 14 peuvent comprendre en outre des connecteurs intermédiaires 36. Les connecteurs intermédiaires 36 connectent les éléments de mât 14 entre eux au niveau des pans centraux 18 de leurs segments de paroi 16. Ils s'étendent à cheval sur les deux éléments de mât 14 adjacents en étant fixés sur les pans centraux 18 des segments de paroi 16 de ces éléments de mât 14. Ils sont disposés entre deux deuxièmes connecteurs 30 adjacents circonférentiellement. Ils s'étendent le long des bords transversaux des éléments de mât 14.
Les connecteurs intermédiaires 36 sont disposés à l'intérieur du tronçon de mât 1 . Les connecteurs intermédiaires 36 sont sensiblement plans. Ils présentent, dans l'exemple représenté, un contour rectangulaire. Ils s'étendent selon une direction d'allongement sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale.
Les connecteurs intermédiaires 36 présentent une largeur inférieure ou égale à la largeur de la facette de paroi du tronçon de mât 1 sur laquelle ils sont fixés, prise au niveau du plan de jonction P entre ces éléments de mât 14. Cette facette de paroi est formée par la réunion des pans centraux 20 des deux segments de paroi 16 adjacents longitudinalement. A titre d'exemple, les connecteurs intermédiaires 36 présentent une largeur supérieure ou égale à 50% de la largeur de cette facette de paroi, prise au niveau du plan de jonction P entre ces éléments de mât 14. Les connecteurs intermédiaires 36 participent à la tenue en rigidité le long du mât 2, et plus particulièrement entre deux éléments de mât 14 adjacents. Comme ils sont sollicités uniquement selon une ligne, correspondant à l'intersection des connecteurs intermédiaires 36 avec le plan de jonction P, les problématiques liées aux variations de rigidité sont moindres en comparaison de ce qui se produit au niveau des deuxièmes connecteurs 30, qui, eux, sont situés sur une zone de jonction entre quatre segments de paroi 16 et sont donc sollicités en rigidité de façon multi-directionnelle. Par conséquent, des connecteurs intermédiaires 36 de forme rectangulaire et de longueur suffisante offrent une rigidité suffisante.
Comme illustré sur la figure 9, les connecteurs intermédiaires 36 sont fixés sur les segments de paroi 16 par l'intermédiaire de troisièmes organes de connexion 37, tels que des vis ou des boulons. Chaque connecteur intermédiaire 36 comprend un réseau régulier d'orifices de connexion 38 destinés à recevoir les troisièmes organes de connexion 37. Ce réseau est par exemple un réseau à maille rectangulaire, et par exemple à maille carrée. Les orifices de connexion 38 sont répartis régulièrement sur toute la surface des connecteurs intermédiaires 36. La distance entre orifices de connexion 38 adjacents est choisie de sorte à optimiser la résistance mécanique et l'endurance à la fatigue en fonction des besoins.
Lorsque le tronçon de mât 1 comprend des connecteurs intermédiaires 36, les segments de mât 16 comprennent un réseau d'orifices de connexion 39 coïncidant avec le réseau d'orifices de connexion 38 des connecteurs intermédiaires 36.
Pour des raisons de simplification des dessins, les troisièmes organes de connexion 37 et les orifices de connexion 38, 39 ne sont représentés que sur la figure 9.
Les figures 10 et 1 1 illustrent plus particulièrement un tronçon de mât 1 selon un deuxième mode de réalisation.
Ce tronçon de mât 1 présente toutes les caractéristiques décrites précédemment en regard des figures 1 à 6. Il présente également les caractéristiques plus particulières décrites dans la suite.
Dans le deuxième mode de réalisation, les éléments de mât 14 adjacents longitudinalement sont décalés angulairement l'un par rapport à l'autre de sorte que les bords longitudinaux d'un segment de paroi 16 de l'élément de mât 14 supérieur ne soient pas dans le prolongement des bords longitudinaux du segment de paroi 16 adjacent longitudinalement de l'élément de mât 14 inférieur. Autrement dit, les lignes de jonction entre segments de paroi 16 adjacents circonférentiellement de l'élément de mât 14 supérieur sont décalées angulairement par rapport aux lignes de jonction entre segments de paroi 16 adjacents circonférentiellement de l'élément de mât 14 inférieur. Elles ne s'étendent pas dans le prolongement l'une de l'autre selon la direction longitudinale.
Dans le cas de segments de paroi 16 comprenant un pan central 18 et deux pans latéraux 20, chaque pan central 18 d'un segment de paroi 16 de l'élément de mât 14 supérieur s'étend en regard, selon la direction longitudinale, de deux pans latéraux 20 adjacents de l'élément de mât inférieur 14.
Ainsi, les premiers connecteurs 26 de l'élément de mât 14 supérieur sont décalés angulairement par rapport aux premiers connecteurs 26 de l'élément de mât 14 inférieur. Ils ne s'étendent pas dans le prolongement l'un de l'autre.
Dans ce deuxième mode de réalisation, compte tenu du décalage angulaire entre les éléments de mât 14 adjacents, chaque deuxième connecteur 30 est en contact, moyennant les jeux nécessaires à l'assemblage, avec un seul premier connecteur 26.
Les deuxièmes connecteurs 30 ne sont pas symétriques par rapport au plan de jonction P des deux éléments de mât 14. Ils comprennent chacun uniquement la portion centrale 34 et une seule portion de jonction 32 telle que décrite précédemment, s'étendant entre le premier connecteur 26 et la portion centrale 34. Ainsi, ils ne comprennent pas deux portions de jonction 32 comme dans le premier mode de réalisation. La forme et l'agencement de la portion centrale 34 et de l'unique portion de jonction 32 du deuxième connecteur 30 sont identiques à celles du deuxième connecteur 30 selon le premier mode de réalisation.
Dans le deuxième mode de réalisation, chaque deuxième connecteur 30 est fixé, d'une part, sur un seul segment de paroi 16 de l'un des éléments de paroi 14 et, d'autre part, sur deux segments de paroi 16 adjacents circonférentiellement de l'autre élément de mât 14. Il est ainsi disposé à cheval sur trois segments de paroi 16.
Dans le cas de segments de paroi 16 comprenant un pan central 18 et deux pans latéraux 20, les deuxièmes connecteurs 30 sont fixés d'une part sur un pan central 18 d'un segment de paroi 16 de l'un des éléments de mât 14 et d'autre part à cheval sur deux pans latéraux 20 adjacents circonférentiellement de deux segments de paroi 16 de l'autre élément de mât 14.
Dans ce mode de réalisation, le tronçon de mât 1 comprend un deuxième connecteur 30 sur chacune de ses facettes, au niveau des jonctions entre éléments de mât 14. Au niveau de chaque jonction entre éléments de mât 14, les deuxièmes connecteurs 30 sont disposés tête-bêche selon la circonférence de l'élément de mât 14. La portion de jonction 32 est ainsi disposée alternativement au-dessus et en-dessous de la portion centrale 34. En particulier, la portion de jonction 32 est orientée avec sa pointe en direction du premier connecteur 26 qu'elle prolonge. Elle est orientée avec sa pointe vers le haut lorsque le deuxième connecteur 30 prolonge le premier connecteur 26 par le bas, et vers le bas lorsque le deuxième connecteur 30 prolonge le premier connecteur 26 par le haut.
Le tronçon de mât d'éolienne 1 selon ce mode de réalisation présente tous les avantages du tronçon de mât d'éolienne 1 selon le premier mode de réalisation.
De plus, dans le deuxième mode de réalisation, le décalage circonférentiel des éléments de mât 14 améliore la résistance mécanique du tronçon de mât 1 et du mât 2 dans la mesure où les lignes de jonction entre segments de paroi 16 des éléments de mât 14 adjacents, matérialisées par les premiers connecteurs 26, ne sont pas disposées en regard selon la direction longitudinale. En effet, les zones plus faibles mécaniquement sont ainsi mieux réparties selon la circonférence du tronçon de mât 1 , ce qui améliore encore la résistance mécanique du mât d'éolienne 2.
L'invention concerne également un mât d'éolienne 2 comprenant au moins un tronçon de mât 1 tel que décrit précédemment. Avantageusement, le mât d'éolienne 2 est formé par empilement, selon la direction longitudinale, de tels tronçons de mât 1 .
Dans le cas du deuxième mode de réalisation, les tronçons de mât 1 sont, de préférence, également empilés de manière décalée angulairement de sorte que les lignes de jonction entre segments de paroi 16 de l'élément de mât 14 inférieur du tronçon 1 supérieur ne sont pas disposées en regard des lignes de jonction entre segments de paroi 16 de l'élément de mât 14 supérieur du tronçon 1 inférieur.
L'invention a également pour objet un procédé d'assemblage d'un tronçon de mât 1 tel que décrit précédemment.
Ce procédé d'assemblage comprend :
- la fourniture de segments de paroi 16 et l'assemblage de ces segments de paroi 16 entre eux par l'intermédiaire des premiers connecteurs 26 de sorte à former des éléments de mât 14 ;
- l'empilement, selon la direction longitudinale, de deux éléments de mât 14 et la connexion entre eux de ces deux éléments de mât 14 au moyen des deuxièmes connecteurs 30.
Selon le premier mode de réalisation, au cours de l'étape d'empilement, les deux éléments de mât 14 sont empilés avec la même orientation angulaire de telle sorte que chaque premier connecteur 26 de l'élément de mât 14 supérieur s'étende dans le prolongement, selon la direction longitudinale, d'un premier connecteur 26 de l'élément de mât 14 inférieur. Ainsi, au cours de l'étape de connexion des éléments de mât 14 entre eux, les deuxièmes connecteurs 30 sont disposés, selon la direction longitudinale, entre deux premiers connecteurs 26, appartenant respectivement à l'élément de mât 14 inférieur et à l'élément de mât 14 supérieur.
Selon le deuxième mode de réalisation, au cours de l'étape d'empilement, les éléments de mât 14 sont empilés de manière décalée angulairement de telle sorte que les lignes de jonction entre segments de paroi 16 de l'élément de mât 14 supérieur ne soient pas en regard des lignes de jonction entre segments de paroi 16 de l'élément de mât 14 inférieur.
Des simulations numériques ont permis de confirmer les avantages procurés par les connecteurs selon l'invention. L'effet le plus notable de cette amélioration est une réduction notable des contraintes maximales dans les deuxièmes connecteurs 30 ainsi que dans les connecteurs intermédiaires 36.
Par exemple, une des configurations de mât 1 calculée en respectant les codes de calcul en vigueur montre des réductions de ces contraintes de 8% par rapport aux contraintes que subirait le mât 1 si les deuxièmes connecteurs étaient de forme classique rectangulaire.
Les deuxièmes connecteurs 30 selon l'invention permettent également une augmentation de la valeur du premier mode propre du mât 2 et une amélioration de la résistance à l'instabilité globale de l'ordre de 30 MPa en termes de charge verticale maximale admissible.
Enfin, les deuxièmes connecteurs 30 selon l'invention permettent également une légère augmentation de la fréquence de résonnance.
Les valeurs qui viennent d'être présentées sont le fruit d'un calcul relatif à un mât d'éolienne 2 selon le premier mode de réalisation de l'invention, présentant les dimensions suivantes.
Le mât 2 présente une forme tronconique, à section transversale polygonale, et une hauteur de 140 mètres. Le diamètre du mât 2 varie de 9 m à sa base jusqu'à 4 m au sommet. Les segments de paroi 16 présentent chacun une hauteur de 12 m, et une épaisseur comprise entre 17 mm et 24 mm en fonction de leur position verticale sur le mât 2, l'épaisseur diminuant en direction du sommet du mât 2.
Le mât 2 comprend 20 facettes, la section transversale du mât 2 étant formée par un polygone à 20 côtés. La largeur des facettes varie de 1 ,4 m à 0,6 m en fonction de la position verticale sur le mât 2.
Le mât 2 est muni de premiers connecteurs 26 de forme rectangulaire de largeur égale à 200 mm et de hauteur variant en fonction de la position sur le mât 2 en moyenne de 1 1 ,59 m pour les premiers connecteurs 26 situés à la base du mât 2 à 1 1 ,17 m pour les premiers connecteurs 26 situés au sommet du mât 2. Les deuxièmes connecteurs 30 présentent une forme octaédrique avec une portion de jonction 32 de forme trapézoïdale. La largeur L1 au sommet de la portion de jonction 32 est de 200 mm. L'angle a entre les bords du trapèze et sa base est égal à 45°. La portion centrale 34 est rectangulaire et présente une largeur L2 allant de 1 ,2 m à la base du mât 2 jusqu'à 0,6 m au sommet du mât 2, en fonction de la position verticale du deuxième connecteur 30 considéré sur le mât 2. La hauteur de la portion centrale 34 varie, en fonction de la position verticale du deuxième connecteur 34 considéré le long du mât 2, de 800 mm à la base du mât 2 à 400 mm au sommet du mât 2. La hauteur des deuxièmes connecteurs 30 va de 1 ,3 m à 0,6 m, selon leur position soit, respectivement, en bas et en haut de mât 2.
Les connecteurs intermédiaires 36 présentent une forme rectangulaire. Leur hauteur varie, selon leur position sur le mât 2, de 800 mm en bas du mât 2 à 400 mm en haut du mât 2. La largeur des connecteurs intermédiaires 36 varie de 1 ,2 m à la base du mât 2 à 0,6 m au sommet du mât 2, en fonction de la position verticale du connecteur 36 sur le mât 2.
Dans le cadre de ce calcul, l'épaisseur de tous les connecteurs 26, 30, 36 a été prise égale à 16 mm. On notera qu'en pratique, l'épaisseur des connecteurs 26, 30, 36 peut aller jusqu'à 18 mm, en fonction des sollicitations.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Tronçon de mât (1 ) pour éolienne présentant un axe central longitudinal (L) s'étendant suivant une direction longitudinale, le tronçon de mât (1 ) comprenant au moins deux éléments de mât (14) tubulaires empilés selon la direction longitudinale et agencés bord à bord au niveau d'un plan de jonction (P), chaque élément de mât (14) comprenant au moins deux segments de paroi (16), connectés entre eux par des premiers connecteurs (26) s'étendant le long des bords longitudinaux des segments de paroi (16), le tronçon de mât (1 ) comprenant en outre des deuxièmes connecteurs (30) s'étendant chacun à cheval sur les deux éléments de mât (14) adjacents selon la direction longitudinale,
caractérisé en ce que chaque deuxième connecteur (30) s'étend dans le prolongement longitudinal d'un premier connecteur (26), le deuxième connecteur (30) présentant une largeur augmentant, à partir dudit premier connecteur (26), d'une première largeur (L1 ) sensiblement égale à la largeur du premier connecteur (26) jusqu'à une deuxième largeur (L2) strictement supérieure à la première largeur (L1 ), la deuxième largeur (L2) étant atteinte avant le plan de jonction (P) en partant du premier connecteur (26).
2. - Tronçon de mât (1 ) selon la revendication 1 , lequel présente une forme tubulaire de section transversale polygonale, chaque côté de ce polygone définissant une facette du tronçon de mât (1 ).
3. - Tronçon de mât (1 ) selon la revendication 2, dans lequel chaque deuxième connecteur (30) s'étend sur une facette du tronçon de mât (1 ) et la deuxième largeur (L2) est supérieure ou égale à 50% de la largeur de la facette sur laquelle s'étend le deuxième connecteur (30) considéré, prise au niveau du plan de jonction (P) entre les éléments de mât (14) adjacents.
4. - Tronçon de mât (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque segment de paroi (16) comprend un pan central (18) et deux pans latéraux (20) formant un angle avec le pan central (18).
5. - Tronçon de mât (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les deuxièmes connecteurs (30) sont symétriques par rapport à l'axe longitudinal du premier connecteur (26) qu'ils prolongent.
6. - Tronçon de mât (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la largeur du deuxième connecteur (30) augmente linéairement de la première largeur (L1 ) jusqu'à la deuxième largeur (L2).
7.- Tronçon de mât (1 ) selon la revendication 6, dans lequel chaque deuxième connecteur (30) comprend une portion centrale (34) sensiblement rectangulaire s'étendant à cheval sur les deux éléments de paroi (14) adjacents et au moins une portion de jonction (32) en forme de trapèze, s'étendant depuis un premier connecteur (26) respectif jusqu'à la portion centrale (34), la largeur de la portion de jonction (32) variant, depuis le premier connecteur (26), de la première largeur (L1 ) jusqu'à la deuxième largeur (L2).
8. - Tronçon de mât (1 ) selon la revendication 7, dans lequel les bords du trapèze de la ou chaque portion de jonction (32) en forme de trapèze forment un angle (a) compris entre 30 et 55° avec la base du trapèze.
9. - Tronçon de mât (1 ) selon l'une des revendications 7 et 8, dans lequel le deuxième connecteur (30) comprend deux portions de jonction (32) encadrant la portion centrale (34) selon la direction longitudinale.
10. - Tronçon de mât (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque deuxième connecteur (30) est symétrique par rapport au plan de jonction (P).
1 1 .- Tronçon de mât (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les bords longitudinaux d'un segment de paroi (16) de l'élément de mât (14) supérieur se situent dans le prolongement des bords longitudinaux du segment de paroi (16) adjacent de l'élément de mât (14) inférieur.
12.- Tronçon de mât (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, prise en combinaison avec la revendication 4, dans lequel les éléments de mât (14) adjacents sont décalés angulairement les uns par rapport aux autres, et dans lequel chaque deuxième connecteur (30) s'étend d'une part à cheval sur deux pans latéraux (20) adjacents circonférentiellement de l'un des éléments de mât (14) et d'autre part sur un pan central (18) de l'autre élément de mât (14).
13.- Tronçon de mât (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, lequel comprend en outre des connecteurs intermédiaires (36) disposés à cheval sur deux éléments de mât (14) adjacents, entre deux deuxièmes connecteurs (30) adjacents circonférentiellement.
14. - Tronçon de mât (1 ) selon la revendication 13, prise en combinaison avec la revendication 4, dans lequel chaque connecteur intermédiaire (36) s'étend à cheval sur deux pans centraux (18) adjacents longitudinalement des deux éléments de mât (14) et chaque deuxième connecteur (30) s'étend à cheval sur deux pans latéraux adjacents circonférentiellement de chacun des éléments de mât (14) adjacents.
15. - Mât d'éolienne (2) comprenant un tronçon de mât (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
16.- Procédé d'assemblage d'un tronçon de mât (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, comprenant :
- la fourniture de segments de paroi (16) et l'assemblage de ces segments de paroi (16) entre eux par l'intermédiaire des premiers connecteurs (26) de sorte à former des éléments de mât (14) ;
- l'empilement, selon la direction longitudinale, de deux éléments de mât (14) et la connexion entre eux de ces deux éléments de mât (14) au moyen des deuxièmes connecteurs (26).
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