Brevet FR2372972A1 — publié le 19780630

L'invention concerne un pied de pale d'aérogénérateur, notamment pour pales non vrillées Ç corde constante. On utilise couramment, sur les aérogénérateurs, des pales non vrillées, ou pales cylindriques, dont l'un des avantages rd- side dans leur cott de fabrication tout à fait modéré, ces pales étant obtenues par filage au profil définitif b travers une fi lièvre. Ces pales sont encastrées dans des pieds de pale consti tués, par exemple, par deux demi-coquilles fixées l'une å l'autre, et agencées pour venir épouser le profil des pales, l'une des aemi-coquilles étant montée solidaire en rotation du moyeu des aérogénérateurs par l'intermédiaire d'un arbre de pied de pale. Les contraintes mécaniques qui s'exercent sur de telles pales peuvent facilement etre mattriséess, en recourant, par exemple, à l'artifice du haubanage. Toutefois, il s'avère beaucoup plus délicat de réduire le phénomène de fatigue, notamment dans le cas où les aérogénéra- teurs sont implantés dans des sites assez turbulents. Cette fati- gue est principalement due aux conditions d'encastrement des pa- les dans leurs pieds de pale. Les contraintes de flexion mises b part, ces pales, au demeurant relativement souples, subissent en effet, à l'intérieur de leur encastrement dans les coquilles des pieds de pale, par ailleurs relativement rigides, des pressions considérables, ce qui augmente les contraintes auxquelles elles sont soumises localement. Eli outre, leur fléchissement transversal provoque un allongement axial de leurs fibres. Cet allongement se traduit par un glissement axial de la surface des pales dans leure pieds de pale, qui est A l'origine du phénomène de corrosion par frotte- ment, ou "fretting corrosion".C'est ce dernier phénomène qui abaisse considérablement, dans le plan d'extrémité des pieds de pale, la limite de fatigue de ces pales. On a défà proposé, à cet égard, de fabriquer des pales d'aéro- générateur en des matériaux à limite de fatigue particulièrement élevée. Mais une telle solution présente l'inconvénient d'être très onéreuse. La présente invention vise donc b résoudre ce problème de fatigue, et concerne, à cet effet, un pied de pale d 'aérogénéra teur, notamment pour pales non vrillés, formé d'une coquille dont les parois intérieures sont conformes pour y encastrer la pale, caractérisé par le fait que les parois intérieures de la coquille sont recouvertes d'une couche d'un matériau souple. Grâce à cet agencement, la pale est encastrée dans le pied de pale par l'intermédiaire de cette couche souple qui est en étroit contact, d'une part, avec les parois intérieures relativement fixes de la coquille du pied de pale et, d'autre part, avec la pale relativement mobile. Tes portées de l'encastrement, c'est à-dire la couche, pouvant donc autre beaucoup plus souples que la pale, les pressions locales peuvent titre beaucoup plus faibles et réparties sur une longueur axiale plus grande, réduisant ainsi les contraintes locales. Dans une forme de réalisation préférée du pied de pale de l'invention, les propriétés élastiques de la couche souple sont déterminées pour que son adhérence aux dites parois intérieures de la coquille et à la pale n' entraine pas son cisaillement. Dans de telles conditions de compatibilité entre cette adhé rence et les contraintes de cisaillement admissibles, l'ensemble de l'encastrement obéit aux lois viscoélastiques t la couche souple peut prendse les courbures de la pale et accompagner son mou vement, et tout glissement, ainsi que les phénomènes qui l'accom- pagnent, notamment le frottement, la corrosion et l'abaissement de la limite de fatigue que l'invention vise à combattre, sont éliminés. Cette couche souple peut avantageusement Outre constituée par une gaine en résine synthétique d'épaisseur déterminée, et pouvant s'étendre jusqu'à proximité de l'alésage destiné à recevoir l'arbre de pied de pale. Dans une autre forme de réalisation intéressante du pied de pale de l'invention, la couche souple se prolonge axialement à l'extérieur de la coquille, ce qui permet de réduire les contraintes globales d'adhérence de la couche souple sur la pale ainsi que le moment d'encastrement de la pale dans le pied de pale, et dtin- troduire progressivement les efforts La couche souple du pied de pale de l'invention peut égale- ment présenter des parties conformées, de préférence tronconiques, destinées à coopérer respectivement avec des parties correspon dattes de la pale et des parois intérieures de la coquille, de manière à parfaire l'ancrage de la pale dans la couche souple et celui de cette dernière dans la coquille, en transformant l'assem- blage par adhérence entre la couche et la pale en un assemblage par compression. Par ailleurs, la couche souple peut Entre munie d'une arma- ture, par exemple en verre, destinée à augmenter sa rigidité axiale, sans pour autant modifier sa souplesse transversale, afin de la rendre plus apte à réduire le moment de flexion transmis par la pale. enfin, il est particulièrement avantageux de former la couche souple, dans le cas où il s'agit d'une résine synthétique, par coulée Bous vide, la pale occupant dans le pied de pale, pendant la coulée, sa position de calage convenable. Cette coulée permet d'assurer une parfaite adhérence de la résine aux parois de la coquille du pied de pale et à celles de la pale, tout en corrigeant les inévitables défauts de vrillage de la pale, sans avoir à recourir à des usinages ultérieurs. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de plusieurs formes de réalisation du pied de pale de l'invention,formes représentées sur le dessin annexé, sur lequel : - la figure i représente une vue en perspective éclatée d'une forme de réalisation du pied de pale de l'invention ; - la figure 2 représente une vue en coupe schématique d'une autre forme de réalisation du pied de pale de 1 'invention 5 - la figure 3 représente schématiquement un montage pour la coulée de la gaine de résine synthétique du pied de pale de l'invention, et - la figure 4 représente une vue en coupe schématique d'une forme encore différente du pied de pale de l'invention. La figure 1 représente un pied de pale t d 'aérogénérateur, constitué de deux demi-coquïUes 2 et 3, par exemple en métal. Chacune des demi-coquilles 2 et 3 est recouverte, sur sa paroi intérieure 4, d'une couche 7 d'un matériau souple, de préférence une résine synthétique, venant épouser le profil d'une pale 5 non vrillée, de manière que cette dernière, par l'intermédiaire de la couche 7, soit encastrée dans ces demi-coquilles après qu'elles aient été fixées l'une à l'autre par des moyens non représentés sur le dessin. Le pied de pale t est solidaire en rotation du moyeu de l'aérogénqérateur, par l'intermédiaire d'un arbre monté dans l'alésage 6 de la demi-coquille 2. La couche 7, faisant office de portée, les pressions qui s'exercent transversalement à l'axe de la pale, d'ordinaire consi- dérables et notamment dans le plan d 'extrémité 8 du pied de pale 1, ne sont plus, du fait de la couche souple 7 recouvrant les parois intérieures 4, Si localisées ni Si grandes. Elles sont, en effet, réparties sur une plus grande longueur axiale de la pale, c'est h-dire sur une plus grande profondeur du pied de pale 1, mais tou J ours è partir de son plan d t extrémité 8.Par ailleurs, les propriétés élastiques de la couche 7 sont telles qu'elle peut prendre les courburea de la pale 5. Les fibres de la pale 5 sont libres de bouger avec celles de la couche souple 7 qui sont à leur contact, sans qu'il ne se produise de glissement axial ni, par conséquent, de frottement, de corrosion et d'abaissement de la limite de fatigue de la pale 5. Il faut noter que la couche 7, dont l'épaisseur est au demeurant parfaitement déterminée, peut s'étendre Jusqu'à proximité de l'aldsage 6, de sorte que le pied de pale 1 peut pratiquement, dans ce dernier cas, être entièrement constitué en matériau souple La figure 2 représente une autre forme de réalisation du pied de pale de l'invention.Dans cette forme, le pied de pale 10 est touJours constitué de deux demi-coquilles 20 et 30, dont les parois intérieures sont recouvertes d'une couche souple 70. Mails la couche 70 se prolonge progressivement à ltextdriear des demi-coquilles, ce qui permet de réduire les contraintes globales d'adhé- rence de la couche 70 sur la pale 50, ainsi que le moment d'encas- trement de la pale 5 dans le pied de pale 10, et d'introduire progressivement les efforts. Par ailleurs, la couche 70 est munie d'une armature 71, par exemple en verre, destinée à augmenter sa rigidité axiale, sans pour autant modifier sa souplesse transversale. La couche 70 est ainsi mieux apte à réduire le moment de flexion transmis par la pale 50. Afin d 'améliorer la résistance à la fatigue de la pale et l'adhérence de la couche de résine, on peut faire subir à la pale, préalablement à son encastrement dans le pied de pale de l'invention, un matage par grenaillage, ou hot peenin4P, convenablement dosé, tant en granulométrie qu'en intensité de précontrainte. Â cet effet, on utilise, de préférence, des billes de mOme nature que celle de la pale, afin d'éviter des inclusions génératrices de corrosion. La figure 3 représente un dispositif pour effectuer la coulée sous vide de la gaine de résine 70 du pied de pale de la figure 2. Les demi-coquilles 20 et 30 constituent une partie du moule 90 de coulée, complété par un fond 31 et deux demi-couvercles 32. savant d'effectuer la coulée, la pale 50 est disposée dane le pied de pale 10 suivant un calage convenable. Â cet effet, la pale étant montée libre en rotation autour, par exemple, d'vn tourillon de centrage 33 solidaire de la pale et destiné à coopérer avec un alésage borgne 34 ménagé dans le fond 31 du moule, on impose le calage à une distance déterminée du pied de pale par une cale 35, cette cale 35 et le moule 90 étant fixés à un même b & i 60. Cette coulée assure une excellente adhérence de la gaine 70 aux parois de la coquille et de la pale, en évitant les usinages ultérieurs, d'ordinaire nécessaires pour corriger les défauts de vrillage de la pale 50. Dans une autre forme de réalisation représentée par la figure 4, la couche souple 170 présente deux parties tronconiques 180 et 181 destinées à coopérer respectivement avec des parties tronconiques correspondantes 182 et 183 de la pale 150 et des parois intérieures des coquilles 120 et 130, de manière à parfaire l'ancrage de la pale 150 dans la couche 170 et celui de cette der- nitre dans le pied 110, en transformant l'assemblage par adhérence en un assemblage par compression du type à queue d'aronde. Dans sa forme de réalisation reprd entée, le pied de pale de ltinvention est constitué par deux demi-coquilles, mais il est clair qu'il pourrait aussi, sans sortir du cadre de la prdgente invention, Strie monobloc. REVENDICATIONS 1.- Pied de pale d 'aérogénérateur, notamment pour pales non vrillées, formé d'une coquille dont les parois intérieures sont conformées pour y encastrer la pale, caractérisé par le fait que les parois intérieures de la coquille sont recouvertess d'une couche d'un matériau souple. 2.- Pied de pale selon la revendication 1, dans lequel ltélas- ticité de la couche souple est déterminée pour que son adhérence aux dites parois intérieures de la coquille et 0 la pale nten- tratae pas son cisaillement. 3.- Pied de pale selon l't-:ne des revendications 1 et 2, dans lequel la couche couple est une gaine en résine synthétique. 4.- Pied de pale selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la couche souple s'étend jusqu'à proximité de l'alésage ménagé dans la coquille et destins à recevoir l'arbre de pied de pale. 5.- Pied de pale selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la couche souple se prolonge axialsnent à l'extérieur de la coquille. 6.- Pied de pale selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la couche souple présente, vers l'un des plans d'extrémité du pied de pale, des parties conformées pour coopérer par compression respectivement avec des parties correspondantes ménagées sur la pale et la coquille. 7.- Pied de pale selon la revendication 6, dans lequel les dites parties conformées de la couche sont tronconiques. 8.- Pied de pale selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la couche souple est munie d'une armature. 9.- Pied de pale selon ltune des revendications 3 à 8, dans lequel la gaine de résine synthétique est formée par coulée sous vide.