WO2018015647A1 - Blade intended to be mounted on a wind turbine comprising a wing structure rotating about a beam slid inside - Google Patents

Blade intended to be mounted on a wind turbine comprising a wing structure rotating about a beam slid inside Download PDF

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WO2018015647A1
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WO
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blade
wing
rotation
ball
blade according
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PCT/FR2017/051945
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French (fr)
Inventor
Bertrand RICHER
Original Assignee
DE BRISOULT, Dominique
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Publication date
Application filed by DE BRISOULT, Dominique filed Critical DE BRISOULT, Dominique
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06Rotors
    • F03D1/065Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0658Arrangements for fixing wind-engaging parts to a hub
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06Rotors
    • F03D1/065Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0675Rotors characterised by their construction elements of the blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/70Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05B2260/79Bearing, support or actuation arrangements therefor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • Pale intended to be mounted on a wind turbine having a wing rotating around a beam slid inside.
  • the field of the invention is that of wind turbines equipped with a hub supporting a plurality of blades arranged radially, the wing of each of these blades being able to turn on itself once mounted on the hub so as to vary its pitch.
  • the invention relates more particularly to the fact that the rotation of the wing is performed around a beam slid inside and fixed to the hub.
  • wind turbines also known as “wind turbines” are increasingly used and provide a growing share of electric power.
  • wind turbines have grown in size to be more efficient and their power is currently more than 3 megawatts per unit.
  • wind turbine rotor blades have also increased in length to 40 meters, and an 8 megawatt prototype is being explored. a blade 88 meters long.
  • the blade is generally formed of a wing consisting of a skin connected to the hub by connecting elements such as screws and nuts, the skin constitutes the outer casing of a volume possibly comprising ribs to strengthen the structure.
  • the thickness of the wing is increased to better withstand the aerodynamic forces. This thickness causes a very significant increase in weight.
  • This control system generally consists of an anemometer for measuring wind speed and a device acting on the power motor, allowing them to adapt to different wind configurations.
  • This regulation and protection function has been provided by devices acting on various components of the wind turbine.
  • the one that consists of pivoting the blades along their longitudinal axis is the one that has imposed itself technically and is used on the vast majority of large wind turbines.
  • this control function effectively protects the unit because the blades are swiveled very fast. By offering less resistance to wind, the stresses are reduced, which requires blades less reinforced and whose lighter, and consequently, manufacturing costs are thus reduced.
  • Patent NL 1 007 538 Cl published May 17, 1999 describes a blade having a frustoconical beam inserted inside the wing, the connection between the wing and the beam being provided by a roller bearing or ball bearing at the end. of the beam, and by two groups of rollers, one to half-length of the beam and the other near the hub. This means of rotation can not take into account the bending movements of the wing relative to the beam.
  • Patent GB 2 479 380 A published October 12, 2011 describes a wind turbine having a hub provided with a plurality of axes penetrating inside the cylindrical structure of blade root, the pivoting being provided by two coaxial bearings. This assembly has a very high rigidity which does not support the movements of flexion of the blade.
  • the new blade arrangement will have to be lighter to allow in particular large lengths.
  • a blade intended to equip variable pitch propellers of an aerogenerator, the blade having a blade forming a rigid elongated outer surface providing maximum lift in a given direction.
  • This blade further comprises a beam extending inside the wing in a substantially longitudinal direction.
  • the wing being coupled to said beam by at least two support points, a first support point being located near the blade root, and a second support point located at the end of the beam and having a rotation means coupling in rotation the internal structure of the wing at the end of the beam located opposite the blade root, the wing rotating around the beam between two given angular positions.
  • the solution proposes a new blade arrangement which better distributes the forces in flexion and torsion over the entire length of the blade.
  • the wing of the blade is carried by two supports sufficiently distant from each other to resume effectively bending moments that have the distinction of being very important at the point of attachment of the blade with the hub.
  • the shape of the beam is frustoconical, the greatest revolution being at the level of the blade root. In this way, the manufacture of the beam is easy and the rotation of the wing is facilitated.
  • the means of rotation at the end of the beam is a rotary bearing, fixed to a rib extending transversely to the inside of the wing. In this way, the coupling between the beam and the wing is ensured.
  • the beam extends inside the canopy over a length ranging from 20 to 75% of the total length of the blade, preferably 60%. In this way, the aerodynamic forces applied on the wing are taken up by the beam.
  • the fulcrum at the level of the blade root consists of two concentric cylindrical pads, the pads in contact with each other being covered with a material promoting sliding. In this way, the rotation of the wing around the beam is facilitated and does not require significant power to control the pitch.
  • the blade is rotated by a servomotor located at the blade root, the servomotor being accessible by at least one access door cut in the trailing edge of the blade. In this way, the maintenance of equipment placed inside the blades is facilitated.
  • the servomotor is controlled by a regulation loop taking into account in particular the pitch force at the blade root, and delivering a signal to the servomotor to position the pitch of the blade. In this way, the bending moment measured on each blade is maintained at the most constant value possible.
  • the blade comprises at least a third bearing point lying between the first and the second, thus taking up the bending forces of the wing. In this way, the deformation of the wing follows more that of the beam.
  • an aerogenerator having on its rotary hub a plurality of blades according to any one of the preceding paragraphs.
  • FIG. 1 is an overall view of a wind turbine according to the invention
  • FIG. 2 shows a perspective view of a blade having a beam inside according to an exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a longitudinal section of the blade presenting the points of contact between the beam and the wing according to an exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment in which the point of support at the level of the blade root comprises a connection of the diaphragm type
  • FIG. 5 shows a transverse view of the ball joint fixed to the end of the beam, according to an exemplary embodiment
  • FIG. 6 shows a diagram of the interior of the blade showing the attachment of the ball joint on the wing, according to an exemplary embodiment
  • FIG. 7 presents a perspective view of the section of the blade at the location where the ball and the end of the beam are located
  • FIG. 8 shows another perspective view of the section showing the reinforcing spars of the blade
  • FIG. 9 shows an example of a ball joint placed at the end of the beam allowing the wing to rotate
  • FIG. 10 shows an exemplary diagram of the point of support of the wing on the beam near the blade root
  • Figure 11 shows a section of the beam near the blade root
  • Figure 12 illustrates an example of the actuator arrangement rotating the wing around the beam.
  • the invention relates to a blade for equipping variable pitch propellers of an aerogenerator.
  • the blade comprises a blade forming a rigid elongated outer surface providing maximum lift in a given direction, and a beam extending inside the wing in a substantially longitudinal direction.
  • the wing is coupled to said beam by at least two support points, a first support point being located near the blade root, a second support point located at the end of the beam and having a means rotationally coupling the internal structure of the wing at the end of the beam located opposite the blade root.
  • the means of rotation at the end of the beam is a ball joint, which is attached to at least one rib extending transversely to the inside of the wing. 5 • First mpdes . of realization
  • a wind turbine according to the invention comprising:
  • a nacelle 2 housing an electric generator 3, and a control unit 4,
  • a hub 5 located at the end of the propeller shaft which is coupled to the generator with possibly a reduction system
  • Fig. 2 shows a perspective view of a blade having a beam inside according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the beam 10 is inserted inside the wing 11 from the blade root 12 to a determined depth and allows the rotation of the wing around it.
  • the length of the beam varies from 20% to 75% of the total length of the wing, that is to say the blade since the beam is completely covered by the wing.
  • the length of the beam is defined experimentally and is a compromise between different often conflicting constraints, one of the constraints imposes to minimize the deformation of the wing so as not to have any problem of contact between the inside of the wing and the outside. of the beam, this first constraint imposes a coupling in rotation as close as possible to the blade root, the second important constraint requires placing the coupling in rotation sufficiently far from the blade root so that the pivot axis of the The blade closely follows the sections of the canopy subjected to the most important aerodynamic forces. The largest aerodynamic forces are in the 70-85% range of the total blade span, resulting in a preferred 60% position. Thus for a blade of 66 meters, the beam inserted inside has a length of 39.60 meters (+/- 2 meters).
  • the section of the beam is preferably conical, which does not exclude more complex sections for example cross-welded sheets.
  • the beam is preferably made of composite materials, mainly for reasons of weight, but it is possible, given the simple form of this element, to make it out of steel or any other economically interesting material.
  • Fig. 3 shows a longitudinal section of the blade highlighting the points of contact between the beam and the wing according to an exemplary embodiment.
  • the beam is in contact with the wing by at least two points of support.
  • the outer structure of the blade constituting the wing is supported by a support at the cylinder constituting the blade root 12 and at least one other support at the end of the beam.
  • the fulcrum at the end of the beam consists of a ball joint 14 composed of two concentric rings.
  • the inner ring is mechanically connected to the end of the beam, and the outer ring is mechanically attached to a transverse rib 13 of the wing.
  • This ball joint allows the rotations along the three axes, the longitudinal axis of the blade and thus allows adjustment of the setting of the blade.
  • a ball bearing is added to the ball joint to ensure the rotation function along the longitudinal axis, this equipment reduces as much as possible the rotational friction torque.
  • a fastening system at the end of beam that can be manipulated remotely from the blade root.
  • the end of the threaded axis of the ball is engaged in a metal part pierced at the end of the beam, in the inner part of the beam a pivoting and threaded element is screwed onto the ball axis. Screwing this element is controlled from the blade root by an axis guided along the inside of the beam and actuates through a gear reduction gear rotation of the element screwed onto the axis of the ball joint.
  • This connecting element must be sized to withstand the centrifugal forces acting on the mass of the wing and this whatever the speed of rotation of the rotor.
  • a variant of this connection system would be to use a hydraulic control to ensure that remote screwing or any other locking system of an axis in a bore such as hooping.
  • the support between the wing and the beam is made by two coaxial and sliding circular cylinders, whose surfaces facing each other are placed inside the wing and outside the wing. central beam.
  • This support is free in rotation by the sliding of the bearing surfaces, a slight longitudinal movement is also permitted by the sliding of the bearing surfaces.
  • the contacting surfaces advantageously consist of pads 15 covered with a low friction material and wear resistant, polytetrafluoroethylene (or PTFE abbreviated) for example.
  • the thrust force exerted by the wind on the blade is mainly taken up by the ball offset to the middle of the blade, and the residual thrust force at the blade root is easily taken up by the pads.
  • Such an assembly deviates significantly from the known provisions of using an orientation ring whose diameter is limited to that of the blade root and for which the dominant force is a bending force.
  • the large distance of the bearing points characterizing the invention allows the use of bearings which will be subject mainly to radial forces, easier to control and to friction forces much lower than those of a slewing ring. .
  • the bending moment is very weak at the end of the blade and increases rapidly to become maximum at the foot of the blade.
  • the presence of the beam inside and the points of support coupling it with the wing makes it possible to transfer this bending moment from the wing of the blade towards the inner beam.
  • the bending force supported by the outer blade blade decreases to completely cancel itself level of the blade root due to the free connection in rotation along the 3 axes.
  • the bending moment continues to increase on the inner beam going towards the blade root.
  • This load transfer effect has the advantage of transferring the mass of the structure from the wing 11 to the beam 10 and thus not to substantially increase the total mass of the blade.
  • Fixing the beam on the hub 5 is performed according to a technique known per se, for example by screws and nuts. This method of attachment is much simpler than those of incorporating a rotation mechanism of the blade.
  • the servomotor controlling the rotation of the wing around the beam is located at the blade root, preferably in the trailing edge of the wing. Indeed, at this place is a volume large enough and protected to place bulky devices. Access hatches are made in the wing to access the servomotor.
  • the present invention authorizes the cutting of the blade at the blade root, because of the transfer of bending forces of the wing to the central beam as and when we approach the blade root.
  • the servomotor is controlled by a control loop comprising a control unit receiving sensor information and actuating the servomotor controlling the rotation of the wing around the beam.
  • the sensor makes it possible to measure the pitching force at the foot of the blade (also called “pitch moment").
  • the present invention makes it possible to position the center of aerodynamic thrust relative to the axis of pivoting of the blade, so as to render said aerodynamic thrust on the whole blade proportional to the pitching moment measured at the foot of the blade.
  • the regulation comprises a so-called “primary” loop which acts collectively on the pitch of all the blades to maintain the power of the wind turbine below a nominal value.
  • the regulation comprises a so-called “secondary” loop which acts individually on each blade. This secondary loop takes into account the value of pitching effort measured at the foot of each blade, ie the bending moment and acts on the pitch of this blade to keep it as constant as possible.
  • the response time of the secondary loop is faster than that of the primary loop.
  • the senor measures the pressure in a cylinder integrated in the servomotor or an electrical quantity (voltage, current) if the actuator is completely electrified.
  • the command / measurement assembly is perfectly compact and it is useless to place sensors at other locations on the blade.
  • the response to the pitch force is a pitching movement, which is why the sensor and the actuator are affected by the same degree of freedom of the blade.
  • the actuator is a spring with a controlled stiffness, such a mechanism is sometimes present on hydropneumatic suspensions or competition car suspensions.
  • the fulcrum at the level of the blade root has a freedom of rotational movement obtained by a diaphragm-type connection 16 between the wing and one of the sliding tubes 15 around the blade root.
  • This diaphragm connection ensures a good waterproofness in particular, and increased mobility.
  • this connection can be made by a simple ball joint, consisting of a circumferentially rounded ring.
  • the blade arrangement thus described overcomes certain limitations specific to the designs of large wind turbines developed at the time of filing of the present application and thus facilitate the individual control of each blade, while providing simplification and increased reliability for small and medium sized wind turbines.
  • the wing deforms which can put its internal surface in contact with the outer surface of the beam.
  • one or more intermediate bearings are placed between the two ends of the beam. These intermediate bearings comprise a connection in rotation, either by rolling or slip rings, mounted on one or deformable structures connected to the outer wing. Spacers, used in conventional wind turbine blade structures and intended for resumption of shear forces and ensure adequate buckling resistance, are used in particular to achieve the bearing structure of the intermediate bearing or bearings.
  • the blade arrangement described in the present application provides numerous advantages including: - economy of the slewing ring between the blade root and the hub, replaced by a bearing and a ball or a single bearing of a few kilograms at the end of the beam and a coaxial sliding guide device at the bottom of the blade;
  • the central beam is of conical shape, which makes its production feasible with processes for manufacturing composite structures that can be automated, such as filament winding;
  • the deflection of the blade induces the offset of the point of application of the aerodynamic forces relative to the pivot axis of the blade.
  • the arrangement described in the present application can significantly reduce this disadvantage because the support at the end of the beam accompanies the deflection of the wing and thus the pivot axis tilts with the blade;
  • the slewing ring providing the rotational connection with the hub of the propeller subjected to very large bending moments deforms producing a leverage effect that significantly increases the traction on the fastening studs.
  • the absence of slewing ring simplifies the design of the connection between the foot of the beam and the hub of the propeller; the arrangement described in the present application provides a very important gain in terms of safety, because it allows a feathering of the blade if the calibration control effort is to disappear for an accidental cause.
  • the calibration control system must provide a backup power supply or a compressed air tank to ensure this function in case of a fault.
  • the arrangement described herein allows the wind force itself to provide pivoting in the safety position.
  • Fig. 5 shows a transverse view of the ball fixed to the end of the beam, according to a particular embodiment.
  • the end of the beam 10 passes right through a ball 20 constituting the inner part of the ball joint.
  • This ball is securely attached to the end of the beam on one side by a hemispherical stop 21, and on the other by a nut 22 separated from the ball by a washer 23, the nut clamping on the threaded end of the beam.
  • the convex surface of the ball 20 of the ball joint cooperating with the concave surface of an outer ring 24 so as to maintain it inside and allow rotational movements between the axis of the wing and the axis of the beam.
  • This arrangement has the advantage of allowing angular deviations caused by the bending movements of the wing under the effect of a strong wind.
  • the presence of the ball 20 and the outer ring 24 is sufficient to allow the rotation of the wing around the beam.
  • the ball is provided with two needle bearings 25 placed between the outer ring 24 and the portion of the support 26 secured to the wing. If the bearings 25 and / or 26 are seized, the joints 20 and 21 are able to ensure the pivoting of the blade with a little more friction, to operate the blade until the intervention of maintenance teams.
  • the ball has a ball bearing or oblique roller 27 for which the contact between the rollers and the raceways is performed along an axis inclined relative to the plane normal to the axis of rotation of the shaft .
  • the centrifugal force generated by the mass of the wing in rotation is directed according to a longitudinal direction to the blade.
  • This force is effectively taken up by this oblique bearing which makes it possible to take up the axial loads, in other words this bearing serves in particular to stop the forces exerted on the ball in a longitudinal direction to the blade.
  • the ball 14 is firmly held in a support having at least two flanges 27 which is themselves secured to the wing.
  • Fig. 6 shows a sectional diagram of the inside of the blade showing the attachment of the ball 14 inside the wing, according to an exemplary embodiment.
  • the wing 11 consists of two faces called extrados and intrados, each face being connected to the front by the leading edge and rearward by the trailing edge.
  • the flanges 27 of the patella are immobilized in a rigid structure having straight ribs 28 attached to both sides of the wing extending transversely and forming an "X" whose directions converge towards the center of the ball joint. In this way, all centralized efforts on the ball joint are taken up by a rigid structure secured to the wing.
  • Fig. 7 shows a perspective view of the section of the blade at the location where the ball and the end of the beam.
  • the ribs of the structure forming an "X" extend in two directions forming planes to increase the strength of the assembly.
  • the ribs are connected in pairs by a flank 30 whose surface is perpendicular to the axis of the beam, this flank is pierced by a round hole to give access to the fastening nut 22.
  • the ribs are also attached to longitudinal members 31 extending longitudinally inside the wing.
  • Fig. 8 shows another perspective view of the section showing the reinforcing beams of the blade.
  • the ball 14 is securely fixed in the structure formed by the ribs 28 forming an "X".
  • the wing comprises two longitudinal longitudinal members 31 plane.
  • Fig. 9 shows an example of a ball joint placed at the end of the beam allowing the rotation of the wing.
  • the beam 10 passes through the ball 20 which is in the middle of the ball.
  • the needle or roller bearings are located in a cage forming a ring which is closed by two lids 35 pierced with orifices 36 for their attachment.
  • Such a ball has a diameter of 30 centimeters for a blade approximately 60 meters long.
  • Fig. 10 shows a diagram of the point of support of the wing on the beam near the foot 12 of blade according to a particular embodiment.
  • the fulcrum 15 between the wing 11 and the beam 10 at the level of the blade root 12 is also a ball formed of an outer ring 37 secured to the inner wall of the wing, and an inner ring 38 on the beam side .
  • the surfaces in contact with these two coaxial rings are curved.
  • the mobility of the two rings allows itself to rotate the wing around the beam.
  • the fulcrum 15 comprises a needle bearing 39 placed between the inner ring 38 and the surface of the end of the beam 10. It can be seen in this figure that the end 40 the beam has an extra thickness to stiffen its connection with the hub.
  • the ball formed by the rings 37 and 38 is fixed to the wing 11, and the needle bearing 39 is secured to the beam.
  • Fig. 11 has the end of the beam near the blade root. Fixing the foot of the beam 10 is done directly on the means which avoids using an orientation ring.
  • the end 40 of the beam has an extra thickness allowing the introduction of inserts in the edge of the beam. These inserts whose inner hole is threaded are directly embedded in the composite of the beam to allow screwing of the fastening nut with the hub 5 of the propeller.
  • a short distance from its end 40, the beam is covered with a tread 41 on which is stretched a strap to rotate the wing 11 around the beam 10.
  • Fig. 12 illustrates an example of an arrangement of a servomotor rotating the wing around the beam.
  • the servomotor 42 is fixed by a rigid structure inside the blade near the blade root and at a place where the available volume is sufficient.
  • the servomotor exerts a force tangential to the circular surface of the beam 10 to generate a moment of force so as to rotate the blade around the beam.
  • the axis of the servomotor has a pulley which exerts traction on a belt 43 in a loop, said belt surrounding the beam 10.
  • the surface 41 of the beam is notched and cooperates with a toothed pulley with the same pitch, driven in rotation by the servomotor 42.

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Abstract

Proposed here is a blade intended to be fitted to the variable-pitch rotors of a wind turbine, the blade comprising a wing structure forming a rigid elongate exterior surface affording maximum lift in a given direction. This blade also comprises a beam extending inside the wing structure in a substantially longitudinal direction. The ring structure being coupled to the said beam by at least two bearing points, a first bearing point being situated near the blade root, and a second bearing point being situated at the end of the beam and comprising a means of rotation coupling the internal structure of the wing structure in terms of rotation to the end of the beam opposite the blade root end. This blade arrangement is capable of adapting more quickly to the variations in load caused by the wind and may better withstand the stresses applied by turbulence. The structure of the blade is supported by two bearers that are far enough apart that they are able effectively to absorb bending moments.

Description

Pale destinée à être montée sur une éolienne comportant une voilure tournant autour d'une poutre glissée à l'intérieur.  Pale intended to be mounted on a wind turbine having a wing rotating around a beam slid inside.
1. DOMAINE DE L'INVENTION  1. DOMAIN OF THE INVENTION
Le domaine de l'invention est celui des éoliennes dotées d'un moyeu supportant une pluralité de pales disposées radialement, la voilure de chacune de ces pales pouvant tourner sur elle-même une fois montée sur le moyeu de façon à varier son pas. L'invention concerne plus particulièrement le fait que la rotation de la voilure s'effectue autour d'une poutre glissée à l'intérieur et fixée au moyeu.  The field of the invention is that of wind turbines equipped with a hub supporting a plurality of blades arranged radially, the wing of each of these blades being able to turn on itself once mounted on the hub so as to vary its pitch. The invention relates more particularly to the fact that the rotation of the wing is performed around a beam slid inside and fixed to the hub.
2. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE 2. TECHNOLOGICAL BACKGROUND
Au cours des dernières décennies, les éoliennes, appelées également « aérogénérateurs » sont de plus en plus utilisées et fournissent une part croissante de l'énergie électrique. Au fil des années, les éoliennes ont augmenté en taille pour être plus efficaces et leur puissance dépasse couramment les 3 mégawatts par appareil. Parallèlement à l'augmentation de la taille des éoliennes pour la production d'énergie, les pales de rotor d'éoliennes ont également augmenté en longueur qui s'élève couramment à 40 mètres, et un prototype de 8 Mégawatts est à l'étude avec une pale de 88 mètres de long.  In recent decades, wind turbines, also known as "wind turbines" are increasingly used and provide a growing share of electric power. Over the years, wind turbines have grown in size to be more efficient and their power is currently more than 3 megawatts per unit. In addition to increasing the size of wind turbines for power generation, wind turbine rotor blades have also increased in length to 40 meters, and an 8 megawatt prototype is being explored. a blade 88 meters long.
La pale est généralement formée d'une voilure constituée d'une peau reliée au moyeu par des éléments de liaison tels que des vis et des écrous, la peau constitue l'enveloppe extérieure d'un volume comportant éventuellement des nervures pour renforcer la structure. Pour des pales de très grande dimension, l'épaisseur de la voilure est augmentée afin de mieux résister aux forces aérodynamiques. Cette épaisseur entraîne une augmentation du poids très importante. Au fur et à mesure que la taille des éoliennes augmente, il devient également un impératif technique et économique de pouvoir contrôler et minimiser les charges aérodynamiques asymétriques agissant sur l'hélice de manière à réduire les phénomènes de fatigue des matériaux.  The blade is generally formed of a wing consisting of a skin connected to the hub by connecting elements such as screws and nuts, the skin constitutes the outer casing of a volume possibly comprising ribs to strengthen the structure. For blades of very large size, the thickness of the wing is increased to better withstand the aerodynamic forces. This thickness causes a very significant increase in weight. As the size of the wind turbines increases, it also becomes a technical and economic imperative to be able to control and minimize the asymmetric aerodynamic loads acting on the propeller so as to reduce the fatigue phenomena of the materials.
De nos jours, la quasi totalité des éoliennes sont équipées d'un système de régulation de la puissance. Ce système de régulation est généralement constitué d'un anémomètre pour mesurer la vitesse du vent et d'un dispositif agissant sur la puissance motrice, leur permettant ainsi de s'adapter aux différentes configurations de vent. Cette fonction de régulation et de protection a été assurée par des dispositifs agissant sur divers organes de l'éolienne. De toutes les solutions, celle qui consiste à pivoter les pales suivant leur axe longitudinal est celle qui s'est imposée techniquement et qui est utilisée sur la grande majorité des éoliennes de grande puissance. Lors de vents très puissants ou soufflant en rafale, cette fonction de régulation protège efficacement l'appareil car le pivotement des pales est très rapide. En offrant moins de résistance au vent, les contraintes sont diminuées, ce qui nécessite des pales moins renforcées et dont plus légères, et par voie de conséquences, les coûts de fabrication sont ainsi diminués. Nowadays, almost all wind turbines are equipped with a power control system. This control system generally consists of an anemometer for measuring wind speed and a device acting on the power motor, allowing them to adapt to different wind configurations. This regulation and protection function has been provided by devices acting on various components of the wind turbine. Of all the solutions, the one that consists of pivoting the blades along their longitudinal axis is the one that has imposed itself technically and is used on the vast majority of large wind turbines. In very strong or gusting winds, this control function effectively protects the unit because the blades are swiveled very fast. By offering less resistance to wind, the stresses are reduced, which requires blades less reinforced and whose lighter, and consequently, manufacturing costs are thus reduced.
Le contrôle individuel du pas de chaque pale suppose la maîtrise de deux contraintes techniques principales :  The individual control of the pitch of each blade assumes the mastery of two main technical constraints:
- une rotation libre de la pale autour de son axe longitudinal. Sur les éoliennes connues, cette fonction est assurée par une couronne d'orientation qui doit être fortement précontrainte afin d'éliminer les jeux mécaniques sous forte charge. Cette précontrainte entraine un couple de rotation élevé et si la vitesse de variation du calage est élevée, une puissance importante sera demandée à l'actionneur;  - Free rotation of the blade around its longitudinal axis. On known wind turbines, this function is provided by an orientation ring which must be strongly prestressed in order to eliminate the mechanical games under heavy load. This preload causes a high torque and if the speed of variation of the setting is high, a large power will be required to the actuator;
- une mesure précise de l'effort aérodynamique appliqué sur la pale afin de pouvoir corriger sa valeur par un ajustement de l'angle de calage. Cette mesure est réalisée par des jauges de contraintes placées sur le pied de pale. Un inconvénient de cette solution, est le manque de fiabilité dans le temps et la nécessité de réaliser des étalonnages réguliers. Comme alternative à cette solution, il est possible de mesurer le couple de pivotement au pied de la pale, ce couple étant corrélé plus ou moins étroitement à l'effort de flexion que l'on cherche à contrôler. Mais cette mesure de couple ne peut être utile que si certains effets parasites sont éliminés ou significativement réduits, ces effets parasites sont :  a precise measurement of the aerodynamic force applied to the blade in order to be able to correct its value by adjusting the angle of rigging. This measurement is performed by strain gauges placed on the blade root. A disadvantage of this solution is the lack of reliability over time and the need to perform regular calibrations. As an alternative to this solution, it is possible to measure the pivoting torque at the foot of the blade, this torque being correlated more or less closely to the bending force that is to be controlled. But this measure of torque can be useful only if certain parasitic effects are eliminated or significantly reduced, these parasitic effects are:
- le couple causé par la précontrainte de la couronne d'orientation,  - the torque caused by the prestressing of the orientation ring,
- la déformation de flexion de la pale sous l'effort aérodynamique causant un fort décentrement des points d'application des forces aérodynamiques par rapport à l'axe de pivotement surtout en bout de pale. Le brevet NL 1 007 538 Cl publié le 17 Mai 1999 décrit une pale comportant une poutre tronconique insérée à l'intérieur de la voilure, la liaison entre la voilure et la poutre étant assuré par un roulement à rouleaux ou à billes à l'extrémité de la poutre, et par deux groupes de galets, l'un à mie-longueur de la poutre et l'autre à proximité du moyeu. Ce moyen de rotation ne peut prendre en compte les mouvements fléchissant de la voilure par rapport à la poutre. - Bending deformation of the blade under the aerodynamic force causing a strong shift of the application points of the aerodynamic forces relative to the pivot axis especially at the end of the blade. Patent NL 1 007 538 Cl published May 17, 1999 describes a blade having a frustoconical beam inserted inside the wing, the connection between the wing and the beam being provided by a roller bearing or ball bearing at the end. of the beam, and by two groups of rollers, one to half-length of the beam and the other near the hub. This means of rotation can not take into account the bending movements of the wing relative to the beam.
Le brevet GB 2 479 380 A publié le 12 Octobre 2011 décrit une éolienne comportant un moyeu pourvu d'une pluralité d'axes pénétrant à l'intérieur de la structure cylindrique de pied de pale, le pivotement étant assuré par deux paliers coaxiaux. Ce montage présente une très grande rigidité qui ne permet pas de supporter les mouvements de flexions de la pale.  Patent GB 2 479 380 A published October 12, 2011 describes a wind turbine having a hub provided with a plurality of axes penetrating inside the cylindrical structure of blade root, the pivoting being provided by two coaxial bearings. This assembly has a very high rigidity which does not support the movements of flexion of the blade.
Il existe donc un réel besoin d'une nouvelle disposition de pales capables de s'adapter plus rapidement aux variations d'efforts provoqués par le vent et plus aptes à résister aux contraintes exercées par les turbulences. Selon un autre objectif, la nouvelle disposition de pale devra être plus légère pour autoriser notamment des longueurs importantes.  There is therefore a real need for a new arrangement of blades capable of adapting more quickly to the variations of forces caused by the wind and more able to withstand the stresses exerted by the turbulence. According to another objective, the new blade arrangement will have to be lighter to allow in particular large lengths.
3. EXPOSÉ DE L'INVENTION 3. STATEMENT OF THE INVENTION
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, il est proposé une pale destinée à équiper des hélices à pas variable d'un aérogénérateur, la pale comportant une voilure formant une surface extérieure allongée rigide procurant une portance maximale selon une direction donnée. Cette pale comporte en outre une poutre se prolongeant à l'intérieur de la voilure selon une direction sensiblement longitudinale. La voilure étant couplée à ladite poutre par au moins deux points d'appui, un premier point d'appui se situant à proximité du pied de pale, et un second point d'appui se situant à l'extrémité de la poutre et comportant un moyen de rotation couplant en rotation la structure interne de la voilure à l'extrémité de la poutre située à l'opposé du pied de pale, la voilure tournant autour de la poutre entre deux positions angulaires données.  In a particular embodiment of the invention, there is provided a blade intended to equip variable pitch propellers of an aerogenerator, the blade having a blade forming a rigid elongated outer surface providing maximum lift in a given direction. This blade further comprises a beam extending inside the wing in a substantially longitudinal direction. The wing being coupled to said beam by at least two support points, a first support point being located near the blade root, and a second support point located at the end of the beam and having a rotation means coupling in rotation the internal structure of the wing at the end of the beam located opposite the blade root, the wing rotating around the beam between two given angular positions.
Ainsi, la solution propose une nouvelle disposition de pale qui répartit mieux les efforts en flexion et en torsion sur toute la longueur de la voilure. La voilure de la pale est portée par deux appuis suffisamment distants l'un de l'autre pour reprendre efficacement les moments de flexion qui ont la particularité d'être très importants au point d'attache de la pale avec le moyeu. Thus, the solution proposes a new blade arrangement which better distributes the forces in flexion and torsion over the entire length of the blade. The wing of the blade is carried by two supports sufficiently distant from each other to resume effectively bending moments that have the distinction of being very important at the point of attachment of the blade with the hub.
Selon un premier mode de réalisation, la forme de la poutre est tronconique, la plus grande révolution se situant au niveau du pied de pale. De cette manière, la fabrication de la poutre est aisée et la rotation de la voilure est facilitée.  According to a first embodiment, the shape of the beam is frustoconical, the greatest revolution being at the level of the blade root. In this way, the manufacture of the beam is easy and the rotation of the wing is facilitated.
Selon un autre mode de réalisation, le moyen de rotation à l'extrémité de la poutre est un palier rotatif, fixé à une nervure prolongeant transversalement à l'intérieur de la voilure. De cette manière, le couplage entre la poutre et la voilure est assuré.  According to another embodiment, the means of rotation at the end of the beam is a rotary bearing, fixed to a rib extending transversely to the inside of the wing. In this way, the coupling between the beam and the wing is ensured.
Selon un autre mode de réalisation, la poutre se prolonge à l'intérieur de la voilure sur une longueur variant de 20 à 75 % de la longueur totale de la pale, de préférence 60%. De cette manière, les efforts aérodynamiques appliqués sur la voilure sont repris par la poutre.  According to another embodiment, the beam extends inside the canopy over a length ranging from 20 to 75% of the total length of the blade, preferably 60%. In this way, the aerodynamic forces applied on the wing are taken up by the beam.
Selon un autre mode de réalisation, le point d'appui au niveau du pied de pale est constitué de deux patins cylindriques concentriques, les patins en contact l'un avec l'autre étant recouvert d'un matériau favorisant le glissement. De cette manière, la rotation de la voilure autour de la poutre est facilitée et ne nécessite pas une puissance importante pour contrôler le pas.  According to another embodiment, the fulcrum at the level of the blade root consists of two concentric cylindrical pads, the pads in contact with each other being covered with a material promoting sliding. In this way, the rotation of the wing around the beam is facilitated and does not require significant power to control the pitch.
Selon un autre mode de réalisation, la voilure est mise en rotation par un servomoteur se situant au niveau du pied de pale, le servomoteur étant accessible par au moins une trappe d'accès découpée dans le bord de fuite de la voilure. De cette manière, la maintenance des équipements placés à l'intérieur des pales est facilitée.  According to another embodiment, the blade is rotated by a servomotor located at the blade root, the servomotor being accessible by at least one access door cut in the trailing edge of the blade. In this way, the maintenance of equipment placed inside the blades is facilitated.
Selon un autre mode de réalisation, le servomoteur est commandé par une boucle de régulation prenant notamment en compte l'effort de tangage au pied de pale, et délivrant un signal vers le servomoteur afin de positionner le pas de la pale. De cette manière, le moment fléchissant mesurée sur chaque pale est maintenu à une valeur la plus constante possible.  According to another embodiment, the servomotor is controlled by a regulation loop taking into account in particular the pitch force at the blade root, and delivering a signal to the servomotor to position the pitch of the blade. In this way, the bending moment measured on each blade is maintained at the most constant value possible.
Selon un autre mode de réalisation, la pale comporte au moins un troisième point d'appui se situant entre le premier et le second, reprenant ainsi les forces de flexion de la voilure. De cette manière, la déformation de la voilure suit d'avantage celle de la poutre Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un procédé de montage sur un aérogénérateur de pales décrites selon l'un quelconque des paragraphes précédents, comportant notamment les étapes suivantes : According to another embodiment, the blade comprises at least a third bearing point lying between the first and the second, thus taking up the bending forces of the wing. In this way, the deformation of the wing follows more that of the beam In another embodiment of the invention, there is provided a method of assembly on a turbine generator described according to any one of the preceding paragraphs, comprising in particular the following steps:
- transport des voilures et des poutres de façon séparée,  - transport of wings and beams separately,
- montage radial autour du moyeu rotatif de Γ aérogénérateur d'une pluralité de poutres,  radial mounting around the rotary hub of the wind turbine generator of a plurality of beams,
- engagement de voilures autour de chaque poutre jusqu'à une profondeur déterminée où les éléments de la voilure et de la poutre constituant chaque moyen de rotation sont en contact,  - Engagement of wings around each beam to a specific depth where the elements of the wing and beam constituting each means of rotation are in contact,
- fixation des éléments de la voilure et de la poutre constituant le moyen de rotation pour interdire la translation de la voilure et de la poutre tout en autorisant la rotation.  - Fixing the elements of the wing and the beam constituting the means of rotation to prohibit the translation of the wing and the beam while allowing rotation.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un aérogénérateur comportant sur son moyeu rotatif une pluralité de pales selon l'un quelconque des paragraphes précédents. In another embodiment of the invention, there is provided an aerogenerator having on its rotary hub a plurality of blades according to any one of the preceding paragraphs.
4, LISTE DES FIGURES 4, LIST OF FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels :  Other features and advantages of the invention will appear on reading the following description, given by way of indicative and nonlimiting example, and the appended drawings, in which:
la figure 1 est une vue d'ensemble d'une éolienne selon l'invention,  FIG. 1 is an overall view of a wind turbine according to the invention,
la figure 2 présente une vue en perspective d'une pale comportant une poutre à l'intérieur selon un exemple de réalisation,  FIG. 2 shows a perspective view of a blade having a beam inside according to an exemplary embodiment,
la figure 3 présente une coupe longitudinale de la pale présentant les points de contact entre la poutre et la voilure selon un exemple de réalisation,  FIG. 3 shows a longitudinal section of the blade presenting the points of contact between the beam and the wing according to an exemplary embodiment,
la figure 4 présente une variante de réalisation dans laquelle le point d'appui au niveau du pied de pale comporte une liaison de type diaphragme,  FIG. 4 shows an alternative embodiment in which the point of support at the level of the blade root comprises a connection of the diaphragm type,
la figure 5 présente une vue transversale de la rotule fixée à l'extrémité de la poutre, selon un exemple de réalisation, la figure 6 présente un schéma de l'intérieur de la pale montrant la fixation de la rotule sur la voilure, selon un exemple de réalisation, FIG. 5 shows a transverse view of the ball joint fixed to the end of the beam, according to an exemplary embodiment; FIG. 6 shows a diagram of the interior of the blade showing the attachment of the ball joint on the wing, according to an exemplary embodiment,
la figure 7 présente une vue en perspective du tronçon de la pale à l'endroit où se situent la rotule et l'extrémité de la poutre,  FIG. 7 presents a perspective view of the section of the blade at the location where the ball and the end of the beam are located,
- la figure 8 présente une autre vue en perspective du tronçon montrant les longerons de renfort de la pale, FIG. 8 shows another perspective view of the section showing the reinforcing spars of the blade,
la figure 9 présente un exemple de rotule mis en place à l'extrémité de la poutre permettant la rotation de la voilure,  FIG. 9 shows an example of a ball joint placed at the end of the beam allowing the wing to rotate,
la figure 10 présente un exemple de schéma du point d'appui de la voilure sur la poutre à proximité du pied de pale,  FIG. 10 shows an exemplary diagram of the point of support of the wing on the beam near the blade root,
la figure 11 présente une section de la poutre à proximité du pied de pale, la figure 12 illustre un exemple de disposition du servomoteur animant en rotation la voilure autour de la poutre.  Figure 11 shows a section of the beam near the blade root, Figure 12 illustrates an example of the actuator arrangement rotating the wing around the beam.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DETAILED DESCRIPTION
Sur toutes les figures du présent document, les éléments identiques sont désignés par une même référence numérique.  In all the figures of this document, identical elements are designated by the same reference numeral.
5 J_Principe général 5 J_General principle
L'invention concerne une pale destinée à équiper des hélices à pas variable d'un aérogénérateur. La pale comporte une voilure formant une surface extérieure allongée rigide procurant une portance maximale selon une direction donnée, et une poutre se prolongeant à l'intérieur de la voilure selon une direction sensiblement longitudinale. La voilure est couplée à ladite poutre par au moins deux points d'appui, un premier point d'appui se situant à proximité du pied de pale, un second point d'appui se situant à l'extrémité de la poutre et comportant un moyen de rotation couplant en rotation la structure interne de la voilure à l'extrémité de la poutre située à l'opposé du pied de pale. Le moyen de rotation à l'extrémité de la poutre est une rotule, qui est fixée à au moins une nervure se prolongeant transversalement à l'intérieur de la voilure. 5• Prcmiers mpdes.de réalis ation The invention relates to a blade for equipping variable pitch propellers of an aerogenerator. The blade comprises a blade forming a rigid elongated outer surface providing maximum lift in a given direction, and a beam extending inside the wing in a substantially longitudinal direction. The wing is coupled to said beam by at least two support points, a first support point being located near the blade root, a second support point located at the end of the beam and having a means rotationally coupling the internal structure of the wing at the end of the beam located opposite the blade root. The means of rotation at the end of the beam is a ball joint, which is attached to at least one rib extending transversely to the inside of the wing. 5 • First mpdes . of realization
On présente maintenant, en relation avec la Fig. 1, une éolienne selon l'invention comprenant :  Now, with reference to FIG. 1, a wind turbine according to the invention comprising:
- un mât 1 ancré au sol par des fondations,  - a mast 1 anchored to the ground by foundations,
- une nacelle 2 abritant une génératrice électrique 3, et une unité de contrôle 4, a nacelle 2 housing an electric generator 3, and a control unit 4,
- un moyeu 5 situé à l'extrémité de l'arbre d'hélice qui est couplé à la génératrice avec éventuellement un système de démultiplication, a hub 5 located at the end of the propeller shaft which is coupled to the generator with possibly a reduction system,
- une pluralité de pales 6 montées de façon rotative sur le moyeu, la pale présentant à l'extérieur une voilure.  - A plurality of blades 6 rotatably mounted on the hub, the blade having an outer wing.
La rotation de chaque pale entre deux positions angulaires données permet de faire varier son pas et de ce fait, sa portance au vent.  The rotation of each blade between two given angular positions makes it possible to vary its pitch and therefore its lift to the wind.
La Fig. 2 présente une vue en perspective d'une pale comportant une poutre à l'intérieur selon un exemple de réalisation de l'invention. La poutre 10 est insérée à l'intérieur de la voilure 11 à partir du pied de pale 12 jusqu'à une profondeur déterminée et permet la rotation de la voilure autour d'elle. La longueur de la poutre varie de 20 % à 75 % de la longueur totale de la voilure, c'est à dire de la pale puisque la poutre est intégralement recouverte par la voilure. Fig. 2 shows a perspective view of a blade having a beam inside according to an exemplary embodiment of the invention. The beam 10 is inserted inside the wing 11 from the blade root 12 to a determined depth and allows the rotation of the wing around it. The length of the beam varies from 20% to 75% of the total length of the wing, that is to say the blade since the beam is completely covered by the wing.
La longueur de la poutre se définit expérimentalement et est un compromis entre différentes contraintes souvent antagonistes, une des contraintes impose de minimiser la déformation de la voilure de manière à ne pas avoir de problème de contact entre l'intérieur de la voilure et l'extérieur de la poutre, cette première contrainte impose un couplage en rotation le plus près possible du pied de pale, la seconde contrainte importante impose de placer le couplage en rotation suffisamment loin du pied de pale de manière à ce que l'axe de pivotement de la pale suive au plus près les sections de la voilure soumises aux efforts aérodynamiques les plus importants. Les efforts aérodynamiques les plus importants se situent dans la zone de 70 à 85 % de l'envergure totale de la pale, ce qui aboutit à une position préférée à 60 %. Ainsi pour une pale de 66 mètres, la poutre insérée à l'intérieur possède une longueur de 39,60 mètres (+/- 2 mètres). Si le compromis ne se révèle pas satisfaisant, il reste la possibilité d'ajouter un ou plusieurs paliers intermédiaires à mi longueur de la poutre de manière à guider la déformation de la voilure en fonction de celle de la poutre. Par exemple, si un seul palier intermédiaire est posé, sa position se situe à 35% de la longueur de la pale, ce qui offre la possibilité de placer le couplage en rotation à 70 % de la longueur de la pale. Le calcul est un travail d'optimisation dont chaque étape est validée par des calculs de simulation. The length of the beam is defined experimentally and is a compromise between different often conflicting constraints, one of the constraints imposes to minimize the deformation of the wing so as not to have any problem of contact between the inside of the wing and the outside. of the beam, this first constraint imposes a coupling in rotation as close as possible to the blade root, the second important constraint requires placing the coupling in rotation sufficiently far from the blade root so that the pivot axis of the The blade closely follows the sections of the canopy subjected to the most important aerodynamic forces. The largest aerodynamic forces are in the 70-85% range of the total blade span, resulting in a preferred 60% position. Thus for a blade of 66 meters, the beam inserted inside has a length of 39.60 meters (+/- 2 meters). If the compromise is not satisfactory, there remains the possibility of adding one or more intermediate bearings mid length of the beam so as to guide the deformation of the wing according to that of the beam. For example, if only one intermediate bearing is laid, its position is 35% of the length of the blade, which offers the possibility of placing the coupling in rotation at 70% of the length of the blade. The calculation is an optimization work where each step is validated by simulation calculations.
La section de la poutre est de préférence conique, ce qui n'exclue pas des sections plus complexes par exemples des tôles soudées en croix. La poutre est de préférence réalisée en matériaux composites, principalement pour des raisons de poids, mais il est possible, étant donnée la forme simple de cet élément, de la réaliser en acier ou tout autre matériau économiquement intéressant.  The section of the beam is preferably conical, which does not exclude more complex sections for example cross-welded sheets. The beam is preferably made of composite materials, mainly for reasons of weight, but it is possible, given the simple form of this element, to make it out of steel or any other economically interesting material.
La Fig. 3 présente une coupe longitudinale de la pale mettant en évidence les points de contact entre la poutre et la voilure selon un exemple de réalisation. La poutre est au contact avec la voilure par au moins deux points d'appuis. De cette façon, la structure externe de la pale constituant la voilure est supportée par un appui au niveau du cylindre constituant le pied de pale 12 et au moins un autre appui à l'extrémité de la poutre.  Fig. 3 shows a longitudinal section of the blade highlighting the points of contact between the beam and the wing according to an exemplary embodiment. The beam is in contact with the wing by at least two points of support. In this way, the outer structure of the blade constituting the wing is supported by a support at the cylinder constituting the blade root 12 and at least one other support at the end of the beam.
Selon un mode préféré de réalisation, le point d'appui à l'extrémité de la poutre est constitué d'une liaison rotule 14 composée de deux anneaux concentriques. According to a preferred embodiment, the fulcrum at the end of the beam consists of a ball joint 14 composed of two concentric rings.
L'anneau intérieur est mécaniquement lié à l'extrémité de la poutre, et l'anneau extérieur est mécaniquement fixé à une nervure 13 transversale de la voilure. Cette liaison rotule autorise les rotations suivant les trois axes dont l'axe longitudinal de la pale et ainsi permet le réglage du calage de la pale. Selon une variante, un roulement à bille est rajouté à la rotule pour assurer la fonction de rotation suivant l'axe longitudinal, cet équipement réduit le plus possible le couple de frottement en rotation. The inner ring is mechanically connected to the end of the beam, and the outer ring is mechanically attached to a transverse rib 13 of the wing. This ball joint allows the rotations along the three axes, the longitudinal axis of the blade and thus allows adjustment of the setting of the blade. According to a variant, a ball bearing is added to the ball joint to ensure the rotation function along the longitudinal axis, this equipment reduces as much as possible the rotational friction torque.
A cette liaison rotule est adjoint un système d'attache en bout de poutre pouvant être manipulé à distance depuis le pied de pale. L'extrémité de l'axe fileté de la rotule s'engage dans une pièce métallique percée en bout de poutre, dans la partie interne de la poutre un élément pivotant et taraudé est vissé sur l'axe de rotule. Le vissage de cet élément est commandé depuis le pied de pale par un axe guidé le long de l'intérieur de la poutre et actionne par l'intermédiaire d'un démultiplicateur à engrenage la rotation de l'élément vissé sur l'axe de la rotule. Cet élément de liaison doit être dimensionné pour supporter les forces centrifuges agissant sur la masse de la voilure et cela quelque soit la vitesse de rotation du rotor. Une variante de ce système de liaison consisterait à utiliser une commande hydraulique pour assurer ce vissage à distance ou tout autre système de blocage d'un axe dans un alésage comme le frettage. To this link ball joint is attached a fastening system at the end of beam that can be manipulated remotely from the blade root. The end of the threaded axis of the ball is engaged in a metal part pierced at the end of the beam, in the inner part of the beam a pivoting and threaded element is screwed onto the ball axis. Screwing this element is controlled from the blade root by an axis guided along the inside of the beam and actuates through a gear reduction gear rotation of the element screwed onto the axis of the ball joint. This connecting element must be sized to withstand the centrifugal forces acting on the mass of the wing and this whatever the speed of rotation of the rotor. A variant of this connection system would be to use a hydraulic control to ensure that remote screwing or any other locking system of an axis in a bore such as hooping.
Au niveau du pied de pale, l'appui entre la voilure et la poutre est réalisé par deux cylindres circulaires coaxiaux et coulissants, dont les surfaces en vis à vis se trouvent placées à l'intérieur de la voilure et à l'extérieur de la poutre centrale. Cet appui est libre en rotation par le glissement des surfaces d'appui, un léger déplacement longitudinal est également autorisé par le coulissement des surfaces d'appui. Les surfaces en contact sont avantageusement constituées de patins 15 recouverts d'un matériau à faible coefficient de frottement et résistant à l'usure, du polytétrafluoroéthylène (ou PTFE en abrégé) par exemple.  At the level of the blade root, the support between the wing and the beam is made by two coaxial and sliding circular cylinders, whose surfaces facing each other are placed inside the wing and outside the wing. central beam. This support is free in rotation by the sliding of the bearing surfaces, a slight longitudinal movement is also permitted by the sliding of the bearing surfaces. The contacting surfaces advantageously consist of pads 15 covered with a low friction material and wear resistant, polytetrafluoroethylene (or PTFE abbreviated) for example.
La force de poussée exercée par le vent sur la pale est majoritairement reprise par la rotule déportée vers le milieu de la pale, ainsi la force de poussée résiduelle au niveau du pied de pale est facilement reprise par les patins.  The thrust force exerted by the wind on the blade is mainly taken up by the ball offset to the middle of the blade, and the residual thrust force at the blade root is easily taken up by the pads.
Un tel montage s'écarte nettement des dispositions connues consistant à utiliser une couronne d'orientation dont le diamètre est limité à celui du pied de pale et pour laquelle l'effort dominant est un effort de flexion. L'éloignement important des points d'appui caractérisant l'invention, permet l'utilisation de paliers qui seront soumis principalement à des forces radiales, plus faciles à maîtriser et à des forces de frottement bien inférieures à celles d'une couronne d'orientation.  Such an assembly deviates significantly from the known provisions of using an orientation ring whose diameter is limited to that of the blade root and for which the dominant force is a bending force. The large distance of the bearing points characterizing the invention allows the use of bearings which will be subject mainly to radial forces, easier to control and to friction forces much lower than those of a slewing ring. .
Sur une pale d'éolienne le moment fléchissant est très faible en bout de pale et augmente rapidement pour devenir maximal au pied de pale. La présence de la poutre à l'intérieur et des points d'appui la couplant avec la voilure permet de transférer ce moment fléchissant depuis la voilure de la pale vers la poutre intérieure. De cette manière, à partir de l'appui rotule et en allant vers le pied de pale, l'effort fléchissant supporté par la voilure extérieure de la pale diminue pour s'annuler totalement au niveau du pied de pale du fait de la liaison libre en rotation suivant les 3 axes. Le moment fléchissant continue d'augmenter sur la poutre interne en allant vers le pied de pale. Cet effet de transfert de charge a pour avantage de reporter la masse de la structure depuis la voilure 11 vers la poutre 10 et ainsi de ne pas augmenter sensiblement la masse totale de la pale. On a wind turbine blade, the bending moment is very weak at the end of the blade and increases rapidly to become maximum at the foot of the blade. The presence of the beam inside and the points of support coupling it with the wing makes it possible to transfer this bending moment from the wing of the blade towards the inner beam. In this way, from the swivel support and towards the blade root, the bending force supported by the outer blade blade decreases to completely cancel itself level of the blade root due to the free connection in rotation along the 3 axes. The bending moment continues to increase on the inner beam going towards the blade root. This load transfer effect has the advantage of transferring the mass of the structure from the wing 11 to the beam 10 and thus not to substantially increase the total mass of the blade.
La fixation de la poutre sur le moyeu 5 s'effectue selon une technique connue en soi, par des vis et des écrous par exemple. Ce mode de fixation est beaucoup plus simple que ceux consistant à incorporer un mécanisme de rotation de la pale. Selon la présente invention, le servomoteur commandant la rotation de la voilure autour de la poutre se situe au niveau du pied de pale, de préférence dans le bord de fuite de la voilure. En effet, à cet endroit se trouve un volume suffisamment important et protégé pour placer des dispositifs volumineux. Des trappes d'accès sont pratiquées dans la voilure pour accéder au servomoteur. La présente invention autorise la découpe de la voilure au niveau du pied de pale, à cause du transfert des efforts fléchissant de la voilure vers la poutre centrale au fur et à mesure que l'on se rapproche du pied de pale. Ces trappes d'accès de l'extérieur vers l'intérieur de la voilure ne compromettent pas la solidité globale de la voilure qui sera beaucoup moins sollicitée à cet endroit. Du dessus de la nacelle de l'éolienne, endroit facilement accessible pour les éoliennes connues, des opérateurs peuvent facilement accéder à l'intérieur de la voilure.  Fixing the beam on the hub 5 is performed according to a technique known per se, for example by screws and nuts. This method of attachment is much simpler than those of incorporating a rotation mechanism of the blade. According to the present invention, the servomotor controlling the rotation of the wing around the beam is located at the blade root, preferably in the trailing edge of the wing. Indeed, at this place is a volume large enough and protected to place bulky devices. Access hatches are made in the wing to access the servomotor. The present invention authorizes the cutting of the blade at the blade root, because of the transfer of bending forces of the wing to the central beam as and when we approach the blade root. These access hatches from the outside to the inside of the wing do not compromise the overall strength of the wing which will be much less solicited at this location. From the top of the nacelle of the wind turbine, easily accessible place for known wind turbines, operators can easily access the interior of the wing.
Le servomoteur est commandé par une boucle de régulation comprenant une unité de contrôle recevant des informations de capteurs et actionnant le servomoteur commandant la rotation de la voilure autour de la poutre. Le capteur permet de mesurer l'effort de tangage au pied de pale (appelé également « pitch moment »). La présente invention permet de positionner le centre de poussée aérodynamique par rapport à l'axe de pivotement de la pale, de façon à rendre ladite poussée aérodynamique sur l'ensemble de la pale proportionnelle au moment de tangage mesuré au pied de la pale. La régulation comporte une boucle dite « primaire » qui agit collectivement sur le pas de l'ensemble des pales pour maintenir la puissance de l'éolienne en-dessous d'une valeur nominale. La régulation comporte une boucle dite « secondaire » qui agit individuellement sur chaque pale. Cette boucle secondaire prend en compte la valeur de l'effort de tangage mesuré au pied de chaque pale, c'est à dire le moment fléchissant et agit sur le pas de cette pale pour le maintenir le plus constant possible. Le temps de réponse de la boucle secondaire est plus rapide que celui de la boucle primaire. The servomotor is controlled by a control loop comprising a control unit receiving sensor information and actuating the servomotor controlling the rotation of the wing around the beam. The sensor makes it possible to measure the pitching force at the foot of the blade (also called "pitch moment"). The present invention makes it possible to position the center of aerodynamic thrust relative to the axis of pivoting of the blade, so as to render said aerodynamic thrust on the whole blade proportional to the pitching moment measured at the foot of the blade. The regulation comprises a so-called "primary" loop which acts collectively on the pitch of all the blades to maintain the power of the wind turbine below a nominal value. The regulation comprises a so-called "secondary" loop which acts individually on each blade. This secondary loop takes into account the value of pitching effort measured at the foot of each blade, ie the bending moment and acts on the pitch of this blade to keep it as constant as possible. The response time of the secondary loop is faster than that of the primary loop.
Selon un exemple de réalisation, le capteur mesure la pression dans un vérin intégré dans le servomoteur ou une grandeur électrique (tension, courant) si l'actionneur est complètement électrifié. De cette façon, l'ensemble commande/mesure est parfaitement compact et il est inutile de placer de capteurs à d'autres endroits de la pale. La réponse à l'effort de tangage est un mouvement de tangage, c'est pour cette raison que le capteur et l'actionneur sont concernés par le même degré de liberté de la pale. Selon un autre exemple de réalisation, l'actionneur est un ressort avec une raideur contrôlée, un tel mécanisme est quelquefois présent sur les suspensions hydropneumatiques ou les suspensions de voiture de compétition.  According to an exemplary embodiment, the sensor measures the pressure in a cylinder integrated in the servomotor or an electrical quantity (voltage, current) if the actuator is completely electrified. In this way, the command / measurement assembly is perfectly compact and it is useless to place sensors at other locations on the blade. The response to the pitch force is a pitching movement, which is why the sensor and the actuator are affected by the same degree of freedom of the blade. According to another embodiment, the actuator is a spring with a controlled stiffness, such a mechanism is sometimes present on hydropneumatic suspensions or competition car suspensions.
Selon un perfectionnement décrit pas la Fig. 4, le point d'appui au niveau du pied de pale possède une liberté de mouvement en rotation obtenu par une liaison de type diaphragme 16 entre la voilure et un des tubes coulissants 15 autour du pied de pale. Cette liaison diaphragme assure une bonne étanchéité à la pluie notamment, et une mobilité accrue. Selon une variante, cette liaison peut être réalisée par une rotule simple, constituée d'un anneau bombé en périphérie.  According to an improvement described in FIG. 4, the fulcrum at the level of the blade root has a freedom of rotational movement obtained by a diaphragm-type connection 16 between the wing and one of the sliding tubes 15 around the blade root. This diaphragm connection ensures a good waterproofness in particular, and increased mobility. According to one variant, this connection can be made by a simple ball joint, consisting of a circumferentially rounded ring.
La disposition de pale ainsi décrite permet de surmonter certaines limitations propres aux conceptions des grandes éoliennes mises au point au moment du dépôt de la présente demande et ainsi faciliter le contrôle individuel de chaque pale, tout en apportant une simplification et une augmentation de fiabilité pour des éoliennes de petite et moyenne taille.  The blade arrangement thus described overcomes certain limitations specific to the designs of large wind turbines developed at the time of filing of the present application and thus facilitate the individual control of each blade, while providing simplification and increased reliability for small and medium sized wind turbines.
Dans certaines configurations d'efforts extrêmes, la voilure se déforme, ce qui peut mettre en contact sa surface interne avec la surface extérieure de la poutre. Pour éviter cette situation et selon un perfectionnement, un ou plusieurs paliers intermédiaires sont placés entre les deux extrémités de la poutre. Ces paliers intermédiaires comportent une liaison en rotation, soit par roulement ou bagues de glissement, montées sur une ou des structures déformables liées à la voilure externe. Des longerons, utilisés dans les structures classiques de pales d'éolienne et destinés à reprendre les efforts de cisaillement et assurer une tenue au flambement adéquate, sont notamment utilisés pour réaliser la structure porteuse du ou des paliers intermédiaires. In certain configurations of extreme forces, the wing deforms, which can put its internal surface in contact with the outer surface of the beam. To avoid this situation and according to an improvement, one or more intermediate bearings are placed between the two ends of the beam. These intermediate bearings comprise a connection in rotation, either by rolling or slip rings, mounted on one or deformable structures connected to the outer wing. Spacers, used in conventional wind turbine blade structures and intended for resumption of shear forces and ensure adequate buckling resistance, are used in particular to achieve the bearing structure of the intermediate bearing or bearings.
Les éoliennes de grande puissance soulèvent des problèmes de transport et de manutention du fait des dimensions importantes de certains éléments comme les pales. La disposition de pale ainsi décrite, du fait de la reprise des efforts de flexion par un élément central monobloc, est plus facilement subdivisible en sous éléments de taille plus modeste. La longueur des pales telles que décrites dans la présente demande, peut être largement réduit jusqu'à une division par deux de la longueur du plus grand élément par rapport à la longueur de la pale complète.  Large wind turbines raise transportation and handling problems because of the large dimensions of certain elements such as blades. The blade arrangement thus described, because of the recovery of the bending forces by a monobloc central element, is more easily subdivided into sub-elements of smaller size. The length of the blades as described in the present application can be greatly reduced to a division by two of the length of the larger element relative to the length of the complete blade.
En utilisant la disposition objet de la demande, il est possible de placer un actionneur et un guidage en translation au niveau de la liaison entre extrémité de poutre et voilure, et ainsi permettre des mouvements dans le sens bord d'attaque/bord de fuite. Une gestion adéquate de ces mouvements permet d'amortir les phénomènes de résonnance de la pale suivant cette direction. Cette liberté de mouvement est également mise à profit pour ajuster le couplage entre la force de portance aérodynamique et le couple de rotation longitudinal (moment de tangage).  By using the provision object of the application, it is possible to place an actuator and a translational guide at the connection between beam end and wing, and thus allow movements in the direction leading edge / trailing edge. Proper management of these movements can dampen the resonance phenomena of the blade in this direction. This freedom of movement is also used to adjust the coupling between the aerodynamic lift force and the longitudinal rotation torque (pitching moment).
Le montage de ce type de pale sur une éolienne est facilité du fait de la disposition en deux parties : la voilure et la poutre. Il est maintenant décrit un exemple de procédure d'installation d'une éolienne équipée de pales décrites dans la présente demande. Dans un premier temps, les voilures et les poutres sont transportées séparément sur le lieu d'installation. Le mat et la nacelle sont montés. Puis les poutres sont fixées de façon radiale autour du moyeu rotatif de aérogénérateur. Les voilures sont alors engagées autour de chaque poutre jusqu'à une profondeur déterminée où les éléments de la voilure et de la poutre constituant chaque moyen de rotation sont en contact. Les points d'appui sont couplés et solidarisés, de façon à assurer une rotation sans frottement de la voilure autour de la pale et une fixation en translation de la voilure de façon qu'elle ne se désengage pas de sa poutre lors de la rotation de l'hélice.  The mounting of this type of blade on a wind turbine is facilitated because of the arrangement in two parts: the wing and the beam. An example of a procedure for installing a wind turbine equipped with blades described in the present application is now described. At first, the wings and beams are transported separately to the place of installation. The mat and the basket are mounted. Then the beams are radially fixed around the rotating wind turbine hub. The wings are then engaged around each beam to a specific depth where the elements of the wing and the beam constituting each rotation means are in contact. The bearing points are coupled and secured so as to ensure a frictionless rotation of the blade around the blade and a translation attachment of the blade so that it does not disengage from its beam during the rotation of the blade. the propeller.
La disposition de pale décrite dans la présente demande procure de nombreux avantages dont notamment : - économie de la couronne d'orientation entre le pied de pale et le moyeu, remplacée par un roulement et une rotule ou un roulement unique de quelques kilogrammes en bout de poutre et un dispositif de guidage par glissement coaxial en pied de pale; The blade arrangement described in the present application provides numerous advantages including: - Economy of the slewing ring between the blade root and the hub, replaced by a bearing and a ball or a single bearing of a few kilograms at the end of the beam and a coaxial sliding guide device at the bottom of the blade;
- quasi élimination des forces de frottement en rotation procurant un moyen d'évaluation précis des forces agissant sur la pale et une faible puissance demandée à l'actionneur de contrôle du calage;  - virtually eliminating the rotational friction forces providing a means for precise evaluation of the forces acting on the blade and a low power required to the calibration control actuator;
- sur la zone couverte par la poutre les efforts sur la voilure externe de la pale sont largement diminués, ce qui procure plus de liberté au concepteur pour optimiser la forme extérieure de la pale par rapport aux aspects aérodynamiques, alors que sur la solution classique la forme de la pale, au fur et à mesure que l'on se rapproche du pied, est optimisée pour les contraintes mécaniques ce qui va à l'encontre des performances aérodynamiques ;  - On the area covered by the beam the forces on the outer wing of the blade are greatly reduced, which gives more freedom to the designer to optimize the outer shape of the blade compared to the aerodynamic aspects, while on the conventional solution the shape of the blade, as one approaches the foot, is optimized for the mechanical constraints which goes against the aerodynamic performances;
- la poutre centrale est de forme conique ce qui rend sa fabrication réalisable avec des procédés de fabrication des structures composites qui peuvent être automatisés comme l'enroulement filamentaire;  the central beam is of conical shape, which makes its production feasible with processes for manufacturing composite structures that can be automated, such as filament winding;
- la poutre qui supporte la majorité des efforts peut être fabriquée en une seule pièce sans recours à des joints de collage qui restent un des points délicats à traiter avec la conception classique;  - The beam that supports the majority of efforts can be manufactured in one piece without the use of gluing joints that remain a tricky points to deal with the conventional design;
- dans les équipements existants, le fléchissement de la pale induit le déport du point d'application des forces aérodynamiques par rapport à l'axe de pivotement de la pale. La disposition décrite dans la présente demande permet de réduire significativement cet inconvénient car l'appui en bout de poutre accompagne le fléchissement de la voilure et ainsi l'axe de pivotement bascule avec la pale;  - In existing equipment, the deflection of the blade induces the offset of the point of application of the aerodynamic forces relative to the pivot axis of the blade. The arrangement described in the present application can significantly reduce this disadvantage because the support at the end of the beam accompanies the deflection of the wing and thus the pivot axis tilts with the blade;
- la couronne d'orientation assurant la liaison en rotation avec le moyeu de l'hélice soumise à des moments de flexion très importants se déforme en produisant un effet de levier qui augmente significativement la traction sur les goujons de fixation. L'absence de couronne d'orientation simplifie la conception de la liaison entre le pied de la poutre et le moyeu de l'hélice; - la disposition décrite dans la présente demande apporte un gain très important en termes de sécurité, car elle autorise une mise en drapeau de la pale si l'effort de contrôle du calage vient à disparaître pour une cause accidentelle. Dans les équipements existants, le système de contrôle du calage doit prévoir une alimentation électrique de sauvegarde ou d'un réservoir d'air comprimé permettant d'assurer cette fonction en cas de défaut. La disposition décrite dans la présente permet à la force du vent elle même d'assurer le pivotement en position de sécurité. - The slewing ring providing the rotational connection with the hub of the propeller subjected to very large bending moments deforms producing a leverage effect that significantly increases the traction on the fastening studs. The absence of slewing ring simplifies the design of the connection between the foot of the beam and the hub of the propeller; the arrangement described in the present application provides a very important gain in terms of safety, because it allows a feathering of the blade if the calibration control effort is to disappear for an accidental cause. In existing equipment, the calibration control system must provide a backup power supply or a compressed air tank to ensure this function in case of a fault. The arrangement described herein allows the wind force itself to provide pivoting in the safety position.
5. ÀMQ particulier de_réjdisation 5. A particular RMQ
La Fig. 5 présente une vue transversale de la rotule fixée à l'extrémité de la poutre, selon un exemple particulier de réalisation. L'extrémité de la poutre 10 traverse de part en part une boule 20 constituant la partie interne de la rotule. Cette boule est solidement fixée à l'extrémité de la poutre d'un coté par une butée hémisphérique 21 , et de l'autre par un écrou 22 séparé de la boule par une rondelle 23, l'écrou se serrant sur l'extrémité filetée de la poutre. La surface convexe de la boule 20 de la rotule coopérant avec la surface concave d'une bague externe 24 de façon à la maintenir à l'intérieur et à permettre des mouvements de rotation entre l'axe de la voilure et l'axe de la poutre. Cette disposition présente l'avantage de permettre les déviations angulaires occasionnées par les mouvements fléchissant de la voilure sous l'effet d'un vent violent. La présence de la boule 20 et de la bague externe 24 suffit pour permettre la rotation de la voilure autour de la poutre. Pour diminuer les frictions et selon un perfectionnement, la rotule est dotée de deux roulements à aiguilles 25 placés entre la bague externe 24 et la partie du support 26 solidarisée avec la voilure. Si les roulements 25 et/ou 26 se grippent, les articulations 20 et 21 sont capables d'assurer le pivotement de la pale avec un peu plus de frictions, permettant de faire fonctionner la pale jusqu'à l'intervention des équipes de maintenance.  Fig. 5 shows a transverse view of the ball fixed to the end of the beam, according to a particular embodiment. The end of the beam 10 passes right through a ball 20 constituting the inner part of the ball joint. This ball is securely attached to the end of the beam on one side by a hemispherical stop 21, and on the other by a nut 22 separated from the ball by a washer 23, the nut clamping on the threaded end of the beam. The convex surface of the ball 20 of the ball joint cooperating with the concave surface of an outer ring 24 so as to maintain it inside and allow rotational movements between the axis of the wing and the axis of the beam. This arrangement has the advantage of allowing angular deviations caused by the bending movements of the wing under the effect of a strong wind. The presence of the ball 20 and the outer ring 24 is sufficient to allow the rotation of the wing around the beam. To reduce friction and in an improvement, the ball is provided with two needle bearings 25 placed between the outer ring 24 and the portion of the support 26 secured to the wing. If the bearings 25 and / or 26 are seized, the joints 20 and 21 are able to ensure the pivoting of the blade with a little more friction, to operate the blade until the intervention of maintenance teams.
Avantageusement, la rotule dispose d'un roulement à billes ou à rouleaux oblique 27 pour lequel le contact entre les rouleaux et les chemins de roulement s'effectue selon un axe incliné par rapport au plan normal à l'axe de rotation de l'arbre. La force centrifuge générée par la masse de la voilure en rotation est dirigée selon une direction longitudinale à la pale. Cette force est efficacement reprise par ce roulement oblique qui permet de reprendre les charges axiales, en d'autres termes ce roulement sert notamment de butée aux forces qui s'exercent sur la rotule selon une direction longitudinale à la pale. Advantageously, the ball has a ball bearing or oblique roller 27 for which the contact between the rollers and the raceways is performed along an axis inclined relative to the plane normal to the axis of rotation of the shaft . The centrifugal force generated by the mass of the wing in rotation is directed according to a longitudinal direction to the blade. This force is effectively taken up by this oblique bearing which makes it possible to take up the axial loads, in other words this bearing serves in particular to stop the forces exerted on the ball in a longitudinal direction to the blade.
La rotule 14 est fermement maintenue dans un support comportant au moins deux flasques 27 qui est elles-mêmes solidarisées avec la voilure.  The ball 14 is firmly held in a support having at least two flanges 27 which is themselves secured to the wing.
La Fig. 6 présente un schéma en coupe de l'intérieur de la pale montrant la fixation de la rotule 14 à l'intérieur de la voilure, selon un exemple de réalisation. Rappelons que la voilure 11 est constituée de deux faces appelées extrados et intrados, chaque face étant reliée vers l'avant par le bord d'attaque et vers l'arrière par le bord de fuite. Les flasques 27 de la rotule sont immobilisées dans une structure rigide comportant des nervures droites 28 rattachées aux deux faces de la voilure en se prolongeant transversalement et formant un « X » dont les directions convergent vers le centre de la rotule. De cette manière, tous les efforts centralisés sur la rotule sont repris par une structure rigide solidarisée à la voilure.  Fig. 6 shows a sectional diagram of the inside of the blade showing the attachment of the ball 14 inside the wing, according to an exemplary embodiment. Remember that the wing 11 consists of two faces called extrados and intrados, each face being connected to the front by the leading edge and rearward by the trailing edge. The flanges 27 of the patella are immobilized in a rigid structure having straight ribs 28 attached to both sides of the wing extending transversely and forming an "X" whose directions converge towards the center of the ball joint. In this way, all centralized efforts on the ball joint are taken up by a rigid structure secured to the wing.
La Fig. 7 présente une vue en perspective du tronçon de la pale à l'endroit où se situent la rotule et l'extrémité de la poutre. Les nervures de la structure formant un « X » s'étendent selon deux directions formant des plans pour augmenter la solidité de l'ensemble. Les nervures sont reliées deux à deux par un flanc 30 dont la surface est perpendiculaire à l'axe de la poutre, ce flanc est percé par un orifice rond pour donner accès à l'écrou de fixation 22. En plus des faces de la voilure 11 , les nervures sont également fixées à des longerons 31 s 'étendant longitudinalement à l'intérieur de la voilure.  Fig. 7 shows a perspective view of the section of the blade at the location where the ball and the end of the beam. The ribs of the structure forming an "X" extend in two directions forming planes to increase the strength of the assembly. The ribs are connected in pairs by a flank 30 whose surface is perpendicular to the axis of the beam, this flank is pierced by a round hole to give access to the fastening nut 22. In addition to the faces of the wing 11, the ribs are also attached to longitudinal members 31 extending longitudinally inside the wing.
La Fig. 8 présente une autre vue en perspective du tronçon montrant les longerons de renfort de la pale. La rotule 14 est solidement fixée dans la structure formée par les nervures 28 formant un « X ». Dans l'exemple de réalisation, la voilure comporte deux longerons longitudinaux 31 plan. En plaçant verticalement la pale, un des longerons devient un plancher permettant à un opérateur de se déplacer dans la pale et à intervenir sur la rotule. L'intervention est facilitée par la présence d'une trappe 32 visible sur les Fig. 6 et 7, qui autorise notamment le montage de la rotule et le serrage de l'écrou. Fig. 8 shows another perspective view of the section showing the reinforcing beams of the blade. The ball 14 is securely fixed in the structure formed by the ribs 28 forming an "X". In the exemplary embodiment, the wing comprises two longitudinal longitudinal members 31 plane. By placing the blade vertically, one of the spars becomes a floor allowing an operator to move in the blade and to intervene on the ball joint. The intervention is facilitated by the presence of a hatch 32 visible in FIGS. 6 and 7, which allows in particular the mounting of the ball and the tightening of the nut.
La Fig. 9 présente un exemple de rotule mis en place à l'extrémité de la poutre permettant la rotation de la voilure. La poutre 10 traverse la boule 20 qui se trouve au milieu de la rotule. Les roulements à aiguilles ou à rouleaux se situent dans une cage formant un anneau qui est fermé par deux couvercles 35 percés d'orifices 36 pour leur fixation. Une telle rotule possède un diamètre de 30 centimètres pour une pale de 60 mètres de long environ.  Fig. 9 shows an example of a ball joint placed at the end of the beam allowing the rotation of the wing. The beam 10 passes through the ball 20 which is in the middle of the ball. The needle or roller bearings are located in a cage forming a ring which is closed by two lids 35 pierced with orifices 36 for their attachment. Such a ball has a diameter of 30 centimeters for a blade approximately 60 meters long.
La Fig. 10 présente un schéma du point d'appui de la voilure sur la poutre à proximité du pied 12 de pale selon un exemple particulier de réalisation. Le point d'appui 15 entre la voilure 11 et la poutre 10 au niveau du pied de pale 12 est également une rotule constituée d'une bague externe 37 solidarisée à la paroi intérieure de la voilure, et d'une bague interne 38 coté poutre. Les surfaces en contact de ces deux bagues coaxiales sont bombées. La mobilité des deux bagues permet en soi la rotation de la voilure autour de la poutre. Pour diminuer les frictions et selon un perfectionnement, le point d'appui 15 comporte un roulement à aiguilles 39 placés entre la bague interne 38 et la surface de l'extrémité de la poutre 10. On peut voir sur cette figure que l'extrémité 40 de la poutre présente une surépaisseur pour rigidifier sa liaison avec le moyeu.  Fig. 10 shows a diagram of the point of support of the wing on the beam near the foot 12 of blade according to a particular embodiment. The fulcrum 15 between the wing 11 and the beam 10 at the level of the blade root 12 is also a ball formed of an outer ring 37 secured to the inner wall of the wing, and an inner ring 38 on the beam side . The surfaces in contact with these two coaxial rings are curved. The mobility of the two rings allows itself to rotate the wing around the beam. To reduce friction and according to an improvement, the fulcrum 15 comprises a needle bearing 39 placed between the inner ring 38 and the surface of the end of the beam 10. It can be seen in this figure that the end 40 the beam has an extra thickness to stiffen its connection with the hub.
Selon une variante de réalisation, la rotule constituée par les bagues 37 et 38 se trouve fixée à la voilure 11 , et le roulement à aiguilles 39 est solidarisé à la poutre.  According to an alternative embodiment, the ball formed by the rings 37 and 38 is fixed to the wing 11, and the needle bearing 39 is secured to the beam.
La Fig. 11 présente l'extrémité de la poutre à proximité du pied de pale. La fixation du pied de la poutre 10 s'effectue directement sur le moyen ce qui évite d'utiliser une couronne d'orientation. L'extrémité 40 de la poutre présente une surépaisseur permettant la mise en place d'inserts dans le chant de la poutre. Ces inserts dont le trou intérieur est fileté sont directement noyés dans le composite de la poutre pour permettre le vissage d'écrou de fixation avec le moyeu 5 de l'hélice. A faible distance de son extrémité 40, la poutre est recouverte d'une bande de roulement 41 sur laquelle vient se tendre une sangle pour animer en rotation la voilure 11 autour de la poutre 10. La Fig. 12 illustre un exemple de disposition d'un servomoteur animant en rotation la voilure autour de la poutre. Le servomoteur 42 est fixé par une structure rigide à l'intérieur de la voilure à proximité du pied de pale et à un endroit où le volume disponible est suffisant. Le servomoteur exerce une force tangentielle à la surface circulaire de la poutre 10 pour générer un moment de force de façon à faire tourner la pale autour de la poutre. Selon un exemple de réalisation, l'axe du servomoteur possède une poulie qui exerce une traction sur une courroie 43 en boucle, ladite courroie entourant la poutre 10. Selon une variante de réalisation non préférée mais possible, la surface 41 de la poutre est crantée et coopère avec une poulie crantée avec le même pas, animée en rotation par le servomoteur 42. Ces montages permettent de faire varier individuellement le pas de chaque pale 6 de l'hélice de l'éolienne et ainsi changer la portance de chaque pale face au vent. Fig. 11 has the end of the beam near the blade root. Fixing the foot of the beam 10 is done directly on the means which avoids using an orientation ring. The end 40 of the beam has an extra thickness allowing the introduction of inserts in the edge of the beam. These inserts whose inner hole is threaded are directly embedded in the composite of the beam to allow screwing of the fastening nut with the hub 5 of the propeller. A short distance from its end 40, the beam is covered with a tread 41 on which is stretched a strap to rotate the wing 11 around the beam 10. Fig. 12 illustrates an example of an arrangement of a servomotor rotating the wing around the beam. The servomotor 42 is fixed by a rigid structure inside the blade near the blade root and at a place where the available volume is sufficient. The servomotor exerts a force tangential to the circular surface of the beam 10 to generate a moment of force so as to rotate the blade around the beam. According to an exemplary embodiment, the axis of the servomotor has a pulley which exerts traction on a belt 43 in a loop, said belt surrounding the beam 10. According to a non preferred but possible embodiment variant, the surface 41 of the beam is notched and cooperates with a toothed pulley with the same pitch, driven in rotation by the servomotor 42. These assemblies make it possible to individually vary the pitch of each blade 6 of the propeller of the wind turbine and thus change the lift of each blade face to the wind.
Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes. It should be obvious to those skilled in the art that the present invention allows embodiments in many other specific forms without departing from the scope of the invention as claimed. Therefore, the present embodiments should be considered by way of illustration but may be modified in the field defined by the scope of the appended claims.

Claims

REVENDICATIONS
Pale destinée à équiper des hélices à pas variable d'un aérogénérateur, la pale comportant une voilure (11) formant une surface extérieure allongée rigide procurant une portance maximale selon une direction donnée, ladite pale comportant une poutre (10) se prolongeant à l'intérieur de la voilure selon une direction sensiblement longitudinale, la voilure étant couplée à ladite poutre par au moins deux points d'appui, un premier point d'appui (15) se situant à proximité du pied de pale, un second point d'appui se situant à l'extrémité de la poutre et comportant un moyen de rotation (14) couplant en rotation la structure interne de la voilure à l'extrémité de la poutre située à l'opposé du pied de pale, la pale étant caractérisée en ce que le moyen de rotation (14) à l'extrémité de la poutre est une rotule, fixée à au moins une nervure (13, 28) se prolongeant transversalement à l'intérieur de la voilure. A blade for equipping variable pitch propellers with an aerogenerator, the blade having a blade (11) forming a rigid elongate outer surface providing maximum lift in a given direction, said blade having a beam (10) extending to the interior of the wing in a substantially longitudinal direction, the wing being coupled to said beam by at least two support points, a first support point (15) located near the blade root, a second fulcrum located at the end of the beam and having a rotation means (14) coupling in rotation the internal structure of the wing at the end of the beam located opposite the blade root, the blade being characterized in that that the means of rotation (14) at the end of the beam is a ball joint, fixed to at least one rib (13, 28) extending transversely to the inside of the wing.
Pale selon la revendication 1 caractérisée en ce que la forme de la poutre (10) est tronconique, la plus grande révolution se situant au niveau du pied de pale. Blade according to claim 1 characterized in that the shape of the beam (10) is frustoconical, the largest revolution being at the level of the blade root.
Pale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la poutre (10) se prolonge à l'intérieur de la voilure sur une longueur variant de 20 à 75 % de la longueur totale de la pale, de préférence 60%. Blade according to any one of the preceding claims, characterized in that the beam (10) extends inside the canopy over a length varying from 20 to 75% of the total length of the blade, preferably 60%.
Pale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le point d'appui (15) au niveau du pied de pale est constitué de deux patins cylindriques concentriques, les patins en contact l'un avec l'autre étant recouvert d'un matériau favorisant le glissement. Blade according to any one of the preceding claims, characterized in that the fulcrum (15) at the level of the blade root consists of two concentric cylindrical pads, the pads in contact with each other being covered with a material promoting sliding.
5. Pale selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le point d'appui (15) au niveau du pied de pale est réalisée par une rotule simple comportant deux bagues coaxiales dont les surfaces en contact sont bombées. Pale selon la revendication 5, caractérisée en ce que la bague coaxiale interne comporte un roulement à aiguilles permettant sa rotation avec un minium de friction autour de la poutre. 5. blade according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the fulcrum (15) at the blade root is formed by a single ball joint having two coaxial rings whose contact surfaces are curved. Blade according to claim 5, characterized in that the inner coaxial ring comprises a needle bearing allowing its rotation with a minimum of friction around the beam.
Pale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la voilure (11) est mise en rotation par un servomoteur fixé à la voilure et se situant au niveau du pied de pale, ledit servomoteur exerçant une traction sur une sangle en boucle entourant la poutre. Blade according to any one of the preceding claims, characterized in that the blade (11) is rotated by a servomotor fixed to the blade and located at the level of the blade root, said servomotor exerting traction on a loop strap surrounding the beam.
Pale selon la revendication 7, caractérisée en ce que le servomoteur est commandé par une boucle de régulation prenant en compte l'effort de tangage au pied de pale, et délivrant un signal vers le servomoteur afin de positionner le pas de la pale pour que cet effort ne dépasse pas un certain seuil. Blade according to claim 7, characterized in that the servomotor is controlled by a control loop taking into account the pitch force at the blade root, and delivering a signal to the servomotor to position the pitch of the blade so that effort does not exceed a certain threshold.
Pale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un troisième point d'appui se situant entre le premier et le second, l'au moins un troisième point d'appui reprenant les forces de flexion de la voilure. Blade according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one third bearing point lying between the first and the second, the at least one third bearing point taking up the bending forces of the wing.
Pale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la rotule (14) située à l'extrémité de la poutre comporte deux bagues coaxiales dont les surfaces en contact sont bombées. Blade according to any one of the preceding claims, characterized in that the ball (14) located at the end of the beam comprises two coaxial rings whose contacting surfaces are curved.
Pale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la rotule (14) située à l'extrémité de la poutre comporte au moins un roulement à aiguilles. Blade according to any one of the preceding claims, characterized in that the ball (14) located at the end of the beam comprises at least one needle bearing.
12. Pale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la rotule (14) située à l'extrémité de la poutre comporte au moins un roulement à rouleaux oblique fixée à la voilure. Pale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la rotule (14) est fixée aux deux faces de la voilure par une structure rigide comportant des nervures droites rattachées aux deux faces de la voilure et formant un « X » dont les directions convergent vers le centre de la rotule. 12. Blade according to any one of the preceding claims, characterized in that the ball (14) at the end of the beam comprises at least one oblique roller bearing fixed to the wing. Blade according to any one of the preceding claims, characterized in that the ball (14) is fixed to both sides of the wing by a rigid structure comprising straight ribs attached to both sides of the wing and forming an "X" whose directions converge towards the center of the patella.
Pale selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux longerons s 'étendant longitudinalement à l'intérieur de la voilure et rattaché à la structure rigide formant un « X », un desdits longerons formant un plancher horizontal permettant à un opérateur d'intervenir sur la rotule. Blade according to claim 13, characterized in that it comprises at least two longitudinal members extending longitudinally inside the wing and attached to the rigid structure forming an "X", one of said longitudinal members forming a horizontal floor allowing a operator to intervene on the patella.
Procédé de montage sur un aérogénérateur de pales décrites selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : A method of mounting on a turbine generator described as described in any one of the preceding claims, characterized in that it comprises the following steps:
- transport des voilures (11) et des poutres (10) de façon séparée,  transporting the wings (11) and the beams (10) separately,
- montage radial autour du moyeu rotatif de Γ aérogénérateur d'une pluralité de poutres (10),  radial mounting around the rotary hub of the wind turbine generator of a plurality of beams (10),
- engagement de voilures (11) autour de chaque poutre jusqu'à une profondeur déterminée où les éléments de la voilure et de la poutre constituant chaque moyen de rotation (14) sont en contact, ledit moyen de rotation placé à l'extrémité de la poutre étant une rotule fixée à une nervure (13) se prolongeant transversalement à l'intérieur de la voilure,  - engagement of wings (11) around each beam to a given depth where the elements of the wing and the beam constituting each means of rotation (14) are in contact, said rotation means placed at the end of the beam being a ball joint attached to a rib (13) extending transversely to the inside of the wing,
- fixation des éléments de la voilure et de la poutre constituant le moyen de rotation pour interdire la translation de la voilure et de la poutre tout en autorisant la rotation.  - Fixing the elements of the wing and the beam constituting the means of rotation to prohibit the translation of the wing and the beam while allowing rotation.
16. Aérogénérateur caractérisé en ce qu'il comporte sur son moyeu rotatif une pluralité de pales selon l'une quelconque des revendications 1 à 14. 16. A turbofan characterized in that it comprises on its rotary hub a plurality of blades according to any one of claims 1 to 14.
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