Brevet FR2510200A1 — publié le 19830128

La présente invention concerne un perfectionnement aux appareils destinés à être orientés dans un courant de fluide, munis dlun gouvernail d'orientation, en particulier des aérogénérateurs. On cownaft, notamment, par le brevet français 76 39 193, un aérogénérateur pourvu d'un gouvernail com- prenant un profilé solidaire en rotation du support de l'hélice de l'aérogénérateur et un volet articulé avec le profilé et mobile contre l'action de moyens de rappel élas tlque et sous l'action de moyens agencés pour amortir lwac- tion des moyens de rappel. Ainsi, et par grand vent, mais sans turbulence, la vitesse et l'écart angulaire dorienta- tion d'un tel aérogénérateur sont réduits, voire nuls, ce qui élimine pratiquement les contrainte mécaniques qui s'exercent sur l'aérogénérateur, esntiellement au niveau de ses pales. Mais comme aux valeurs élevées de la vitesse du vent, et. sans turbulence, les contraintee qui s'exerceraient sur l'aérogénérateur en l'absence d'un tel gouvernail d'orienta- tion seraient dgalement reparties sur toutes les pales, la tenue mécanique de l'aérogénérateur, sans ce gouvernail, ne ddpendrait que de la limite élastique de ses matériaux. En réalité, c'est donc moins les contraintes provoquées par les grandes vitesses de vent que les contraintes alternatives provoquées par la turbulence des sites tour- billonnaires qui sont néfastes pour la tenue mécanique des aérogénérateurs. La présente invention vise donc à éliminer par grands vents les effets négatifs de la turbulence sur les aérogénérateurs. Elle part de la constatation du fait que la turbulence se traduit par une accélération angulaire des appareils ou de leurs gouvernails dtorientation autour d'un axe vertical, ou par une vitesse angulaire autour de cet axe, ou encore par un écart angulaire de ces appareils par rapport à la direction du vent ou des gouvernails par rapport aux appareils associés. Lorsqu'un aérogénérateur est pourvu d'un gouvernail d'orientation, son volet se positionne suivant une incidence nulle du courant dans lequel il est placédautant mieux que la vitesse de ce courant est élevée. En dau- tres termes, aux basses vitesses,le volet est loin du vent car il reste lié à l'appareil, alors qu'aux vitesses élevées, il se positionne dans le vent et devient une véritable girouette. De grands vents sans turbulence ne sont pas préjudiciables à la tenue mécanique d'un aérogénérateur. Au contraire, il faut remédier à de grands vents associés à des phénomenes de turbulence.Comme par grand vent,le volet du gouvernail se comporte comme une girouette disposée dans le vent, il peut dans ce cas directement fournir l'écart angulaire de l'aérogénérateur par rapport à la direction du vent, et donc une indication de turbulence. A cet effet, la présente invention concerne un appareil destiné à être orienté dans un courant de fluide, et plus particulièrement un aérogénérateur, muni d'un gouvernail d'orientation comprenant un volet mobile, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour déterminer l'écart angulaire entre le volet et l'aérogénérateur et des moyens commandés par les dits moyens de détermination de 1'écart angulaire pour actionner ledit aérogénérateur. Trace à l'invention, le danger des forces dissymétriques engendrées par une turbulence peut ainsi Autre évité. On soulignera que par vent faible, il n'existe de toutes façons aucun danger. I1 en est de même par vent fort sans turbulence. Ce n'est qu'en cas de vent fort et de turbulence qutun écart angulaire apparait et qu'une action sur l'aérogénérateur est alors nécessaire. Cette action est rendue possible grâce au détecteur d'écart angulaire entre le volet et ltaérogénérateur Cellewei s'exercera de préférence par freinage. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation préférée de l'invention, en référence au dessin annexé, sur lequel t - La figure 1 représente une vue schématique de l'aérogénérateur de l'invention. - La figure 2 représente le circuit électrique du détecteur d'écart angulaire de l'aérogénérateur de la figure 1. La figure 1 représente un aérogénérateur 1 de linven- tion comprenant un support 12 et une hélice 2 munie de pales 3 et 4 et pouvant tourner autour d'un axe de rotation horizontal 5. L'hélice 2 et le support 12 sont montés rotatifs autour dtun axe dssorientation vertical 6 d'un pivot d'orientation 13, orthogonal à l'axe de rotation 5. L'aérogénérateur est équipé dtun gouvernail 7 destiné à l'orienter, autour de l'axe 6, en fonction de la vitesse du courant dans lequel laérogdnérateur est destiné à être placé. Le gouvernail 7 comporte un profilé 8 solidaire en rotation, autour de l'axe 6, de l'hélice 2, par ltintermé- diaire du support 12, le profilé 8 supportant un volet 9 monté articulé de façon connue au profilé, autour de l'axe 10 parallèle à l'axe 6 dorientation. Le volet 9 est monté pivotant autour de l'axe 10 contre l'action de moyens élastiques de rappel, qui peuvent comprendre, par exemple, les articulations proprement dites du volet ou un ressort de rappel, non représenté, et tendant à rappeler le volet 9 vers l1axe de l'hélice. Le volet 9 est également monté mobile sous l'action de moyens dta- mortissement qui peuvent comprendre le volet lui-même, quand son poids et donc son inertie sont particulièrement faibles, et par exemple un amortisseur rotatif, non reprb- senté, connu par ailleurs. La forme de réalisation de l'appareil de l'invention représenté sur le dessin est un aérogénérateur, mais il est clair que l'invention s'applique aussi bien à un anémo mètre, à un courantomètre, ou tout autre appareil devant être orienté dans un courant de fluide. L'aérogénérateur 1 comporte des moyens pour déterminer l'écart angulaire entre le volet 9 et le profilé 8 du gouvernail 7 de l'aérogénérateur. Bien que ceux-ci pourraient être constitués par un simple détecteur mécanique d'écart angulaire à butée, ils comprennent, dans cette forme de réalisation préférée, les éléments suivants : un potentiomètre rotatif 20, monté sur une potence 21 fixée sur le profilé 7 et une manivelle 22, montée, à l'une de se extrémités, solidaire en rotation de l'axe 23 du potentiomètre 20 et portant, à son autre extrémité, une fourchette 24, dont les deux branches 25, par exemple formées par un élément de tôle rabattu, s'étendent de part et d'autre du volet 9 pour coopérer avec lui.Ainsi, la manivelle 22 reste solidaire en déplacement du volet 9, avec un très faible jeu ou non, pour commander la rotation de l'axe 23 du potentiomètre et donc entraîner son curseur en déplacement circulaire. Le potentiomètre 20 (figure 2) comporte une résistance 29 bobinée sur 360 , entre les extrémités de laquelle est appliquée une tension d'entrée continue stabilisée Vi fournie par une source classique. L'Orientation de l'aéro- générateur, matérialisée par le plan des axes 6 et 10, est illustrée par la trace 30 sur la figure 2. L'orientation du volet 9, matérialisée par son plan, est illustrée par la trace 31 sur la figure 2, le long de laquelle s'étend la manivelle 22. La manivelle 22 étant solidaire en rotation de l'axe 23 du potentiomètre 20, illustré en 32 sur la figure 2, le curseur 33 du potentiomètre se trouve à l'intersection de la résistance 29 et de la trace ou axe 31. La tension de sortie du potentiomètre 20, au niveau de son curseur 33, est Vo. Si ## est l'écart angulaire entre les axes 30 et 31, c'est-à-dire la désorientation de l'aérogénérateur 1 par rapport à son volet mobile 9, V est fonction de o cet écart angulaire selon l'équation : Vi ## Vo = (1 + ) . 2 # Un deuxième potentiomètre 34, linéaire,de préférence branché aux bornes de la mSme source de tension Vi, fournit une tension de référence Vr que l'on peut donc fixer entre 0 et Vi. Cette tension Vr correspond à un seuil d'écart angulaire du volet 9, c'est-à-dire de l'axe 31, par rapport à l'axe 30, que l'on ne veut pas dépasser et au-delà duquel les contrain- tes alternatives seraient trop grandes. les tensions Vo et Vr sont comparées dans un compara- teur 35. Si Vo est supérieure à Vr, un dispositif connu de freinage 37, par exemple mécanique, électromagnétique ou adrodynamique, est actionné, par l'intermédiaire d'un amplificateur 36, par le comparateur 35 pour arrêter l'aérogéné- rateur. La tension de seuil Vr peut avantageusement être déterminée en fonction de Vi, selon la relation - Vj r Les dquipements 35, 36 et la source de tension sont de préférence disposés au sol. On pourrait toutefois les monter sur l'aérogénérateur lui-même, moyennant toutefois des dif- ficultés et un coût supplémentaires. Ainsi, le potentiombtre 20 et la manivelle 22 forment, par vent fort, un détecteur de turbulence qui agit en fonc- tion d'une tension de sortie Vo, elle-même fonction de la désorientation ## de l'appareil par rapport à son volet mobile, pour freiner et arrGter l'appareil quand Vo dépasse la tension de seuil V,. REVENDICATIONS 1 - Appareil destiné à être orienté dans un courant de fluide, et plus particulièrement un aérogénérateur, muni d'un gouvernail d'orientation comprenant un volet mobile, caractérisé par le fait qutil comporte des moyens pour déterminer 1'écart angulaire entre le volet et l'aérogéné rateur et des moyens commandés par les dits moyens de détermination de l'écart angulaire pour actionner ledit appareil. 2 - Appareil selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de détermination de l'écart angulaire comprennent des moyens solidaires en déplacement du volet du gouvernail et agencés pour commander des moyens solidaires de l'appareil et fournissant une tension fonction de cet écart angulaire. 3 - Appareil selon la revendication 2, dans lequel les dits moyens de détermination de 16cart angulaire comprennent un potentiomètre rotatif fixé à l'appareil et une manivelle montée, à l'une de ses extrémités, solidaire en rotation de l'axe du potentiomètre et portant, à son autre extrémité, une fourchette agencée pour coopérer avec le volet. 4 - Appareil selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel est prévu un comparateur agencé pour comparer ladite tension fon 6 on des'écart angulaire à au moins une tension de seuil et actionner l'appareil lorsque la première dépasse la seconde. 5 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel sont prévus des moyens de rappel et d'amortis- sement du volet du gouvernail. 6 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel lesdits moyens d'actionnement de ltappareil sont des moyens de freinage.