Brevet FR2826066A1 — publié le 20021220

La présente invention concerne un dispositif permettant de réguler la rotation des pales d'éolienne et une éolienne pourvue d'un tel dispositif. Plus précisément, l'invention vise à permettre d'obtenir automatiquement, de manière simple, et avec une sécurité positive, une vitesse de rotation relativement constante quelle que soit la force du vent et également à en limiter la rotation en cas de vents violents. On connaît déjà dans l'état de la technique antérieur des dispositifs visant à permettre l'autorégulation des éoliennes en agissant sur la (ou les) pale (s) pour en régler le pas en fonction de la vitesse et à limiter la variation de ce pas en fonction de données préétablies. Pour ce faire, en général, l'éolienne est munie de masselottes centrifuges, solidaires en rotation des pales, agencées de manière à diminuer le calage des pales lorsque la vitesse de rotation augmente, ainsi que d'un ensemble de butées et de ressorts de rappel définissant mécaniquement le calage initial et le calage optimal de fonctionnement jusqu'à obtention de la vitesse nominale. D'une part, les moyens d'autorégulation qu'ils comportent, constitués de ressorts élastiques mécaniques actionnés par les masselottes centrifuges, sont nécessairement montés à proximité des parties axiales des pales et, de ce fait, il est malaisé d'en régler le tarage lors de la mise en fonctionnement initiale de l'éolienne en fonction des conditions d'exploitation désirées. En effet, on effectue ce tarage avant l'érection verticale de l'éolienne et celui-ci risque de ne pas être satisfaisant du premier coup. D'autre part, une éolienne de ce type ne comporte pas de moyens de sécurité permettant de manière simple de commander son freinage et son arrêt lorsque l'éolienne, soumise à des conditions d'écoulement anormales et imprévisibles du vent, vient à s'emballer ou être sujette à des vibrations inacceptables, ou bien encore lorsque l'éolienne doit faire l'objet d'un entretien périodique. Un tel arrêt de l'éolienne entraîne par voie de conséquence une perte dans la fourniture d'énergie ainsi qu'une perte financière pour l'exploitant. La présente invention a précisément pour but de remédier à ces inconvénients. A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif permettant de réguler la rotation des pales d'une éolienne agencé sur au moins une pale formant l'hélice de l'éolienne, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un volet articulé autour d'un axe parallèle à l'axe longitudinal de la pale et apte à s'ouvrir entre une position extrême d'ouverture correspondant à une position du volet dans un plan sensiblement perpendiculaire à la pale permettant notamment l'arrêt de l'éolienne et une position escamotée du volet dans la pale, l'ouverture du volet étant pilotée par un moyen de contrôle en fonction d'une part de la puissance ou du couple fourni par l'éolienne et d'autre part d'un seuil maximum d'une vitesse de rotation de l'hélice préalablement établi. Suivant quelques dispositions intéressantes de l'invention : - ledit volet est agencé sur la face arrière de la pale et sensiblement à son extrémité libre ; - ledit volet présente une forme rectangulaire dont la longueur est comprise entre 1 à 2 mètres et une largeur comprise entre 20 et 40 centimètres pour des pales de 21 à 25 mètres ; - l'angle d'ouverture du volet en position extrême d'ouverture est au plus de 85 degrés ; - le moyen de contrôle est constitué d'un calculateur apte à déterminer en fonction de paramètres du type puissance ou couple fourni par l'éolienne, un angle d'ouverture du volet adéquat ; cette information de commande d'ouverture d'angle est transmisse au moyen d'asservissement du volet ; - le calculateur est relié à un émetteur haute fréquence afin de transmettre l'information d'angle d'ouverture à un récepteur haute fréquence disposé à proximité des moyens d'asservissement du volet ; - les moyens d'asservissement du volet sont constitués d'un moteur électrique auquel est reliée une vis sans fin sur laquelle est agencée au moins une biellette solidaire du volet par l'une de ses extrémités ; - les moyens d'asservissement du volet sont logés dans un évidement de sorte que le volet soit intégré à la face arrière en position escamotable. Un autre objet de la présente invention concerne une éolienne caractérisée en ce qu'elle est pourvue sur au moins l'une de ses pales d'un dispositif de régulation de la rotation des pales conforme à l'une quelconque des caractéristiques précédentes. Selon une caractéristique avantageuse, la commande d'ouverture en position extrême du ou des volets est apte à être commandée au moyen d'une télécommande. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue partielle de l'extrémité de la face arrière d'une pale d'éolienne pourvue d'un dispositif de régulation de la vitesse selon l'invention, - les figures 2 et 3 sont des vues en coupe suivant la ligne tt-it de la figure 1, illustrant respectivement la position de fermeture et la position extrême d'ouverture du dispositif de régulation selon l'invention. Dans la suite de la description les termes avant ou arrière de la face de la pale, sont à considérer par rapport à l'arrivée de l'air sur la pale (figure 2). On a représenté à la figure 1 partiellement une pale 1 d'une éolienne, non représentée, destinée à être montée sur un support rotatif autour d'un axe horizontal. Ledit support ainsi que la (ou les) pale (s) 1 sont aptes à tourner autour d'un axe vertical d'un mât de manière à s'orienter dans le vent au moyen de dispositifs connus par l'homme du métier, et non détaillés dans la suite de la description. Selon la présente invention, au moins une des pales 1 de l'éolienne est pourvue d'un dispositif de régulation de la vitesse de rotation afin d'assurer son freinage, en vue éventuellement de son arrêt, que ce soit pour des causes de sécurité, lorsque l'éolienne s'emballe ou vibre, ou pour des causes d'entretien périodique. Ce dispositif de régulation est, avantageusement, constitué d'un volet 2 articulé autour d'un axe 3 parallèle à l'axe longitudinal de la pale 1 et apte à s'ouvrir entre une position extrême d'ouverture (Figure 3) correspondant à une position du volet dans un plan sensiblement perpendiculaire à la pale 1 permettant notamment l'arrêt de l'éolienne et une position escamotée (Figure 2) du volet 2 dans la pale 1, l'ouverture du volet étant pilotée par un moyen de contrôle en fonction de la puissance ou du couple fourni par l'éolienne et d'un seuil maximum préalablement établi d'une vitesse de rotation de l'hélice. Selon un mode de réalisation préférentiel, le volet 2 forme avec la face 1 a arrière de la pale selon un plan transversal à cette dernière, un angle maximum d'ouverture ss de 85 degrés, de préférence 70 degrés. Ce volet 2 est agencé sur la face arrière 1 a de la pale 1 et sensiblement à son extrémité libre. On notera par ailleurs que ce volet 2 présente suivant un mode de réalisation préférentiel une forme rectangulaire dont la longueur est comprise entre 1 à 2 mètres et une largeur comprise entre 20 et 40 centimètres pour des pales de 21 à 25 mètres. Ce moyen de contrôle est constitué d'un calculateur 4 apte à déterminer en fonction de différents paramètres tels que la puissance ou le couple fourni par l'éolienne, un angle d'ouverture ss du volet 2 préalablement établi au moyen par exemple d'une cartographie. Afin de transmettre les informations de commande d'ouverture du volet 2 issues du calculateur 4, ce dernier est avantageusement relié à un émetteur haute fréquence 5 destiné à transmettre à un récepteur haute fréquence 6, disposé à proximité du volet 2, les informations de commande d'ouverture de celui-ci. Selon un mode de réalisation non limitatif, le récepteur 5 haute fréquence est accouplé à un servomoteur 7 ou un moteur électrique du type pas à pas, auquel est reliée une vis sans fin 8 sur laquelle est agencée au moins une biellette 9 solidaire par l'une de ses extrémités du volet 2. Afin d'obtenir une pale 1 pourvue d'une pénétration adéquate dans l'air, le mécanisme d'ouverture du volet, c'est-à-dire l'ensemble biellette 9 et vis 8, et le volet 2 sont complètement intégrés à la pale 1, dans un évidement 10. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention ressort déjà de la description qui en a été faite ci-dessus. Ainsi, lorsque le moyen de contrôle détecte que la vitesse de l'éolienne vient à dépasser une vitesse maximale prédéterminée, le calculateur 4 transmet une information au servomoteur 7 via l'émetteur-récepteur haute fréquence 5,6 afin d'ouvrir d'un angle ss le volet 2 de manière à réguler ainsi la vitesse de rotation. On comprend aisément que la rotation de la vis sans fin 8 dans un sens ou dans l'autre aura pour conséquence le déplacement de la ou des biellettes 9 entraînant ainsi l'ouverture ou la fermeture du volet 2 et ainsi la régulation de la vitesse de rotation des pales 1 de l'éolienne. De même, lorsque le moyen de contrôle 4 de la puissance de l'éolienne détecte que la vitesse de l'éolienne vient à dépasser la vitesse maximale prédéterminée, signifiant un emballement de la vitesse de rotation de l'éolienne ou des vibrations élevées de l'ensemble tournant, celui-ci commande l'ouverture en position extrême (Figure 3) du ou des volets 2 ce qui a pour effet d'annuler la vitesse de rotation de l'hélice. La commande d'ouverture du ou des volets 2 peut avantageusement être opérée du bas de l'éolienne au moyen d'une télécommande offrant ainsi au service de maintenance une simplicité et une rapidité dans l'arrêt de l'éolienne. On comprend à la lecture de la description ci-dessus que le dispositif de régulation de la présente invention est relativement simple à réaliser et permet d'optimiser le rendement de l'éolienne. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits. Ainsi, les moyens de transmission des informations du calculateur au servomoteur peuvent être constitués de conducteurs électriques ou de tout moyen permettant une telle transmission. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant de réguler la rotation des pales d'une éolienne agencé sur au moins une pale formant l'hélice de l'éolienne, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un volet (2) articulé autour d'un axe (3) parallèle à l'axe longitudinal de la pale (1) et apte à s'ouvrir entre une position extrême d'ouverture correspondant à une position du volet dans un plan sensiblement perpendiculaire à la pale (1) permettant notamment l'arrêt de l'éolienne et une position escamotée du volet (2) dans la pale (1), l'ouverture du volet étant pilotée par un moyen de contrôle en fonction d'une part de la puissance ou du couple fourni par l'éolienne et d'autre part d'un seuil maximum d'une vitesse de rotation de l'hélice préalablement établi. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit volet (2) est agencé sur la face arrière de la pale (1) et sensiblement à son extrémité libre. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit volet (2) présente une forme rectangulaire dont la longueur est comprise entre 1 à 2 mètres et une largeur comprise entre 20 et 40 centimètres pour des pales de 21 à 25 mètres. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'angle d'ouverture (ss) du volet est au plus de 85 degrés. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de contrôle est constitué d'un calculateur (4) apte à déterminer en fonction de paramètres du type puissance ou couple fourni par l'éolienne, un angle d'ouverture (p) du volet adéquat et en ce que cette information de commande d'ouverture d'angle est transmisse au moyen d'asservissement du volet (2). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le calculateur est relié à un émetteur haute fréquence afin de transmettre l'information d'angle d'ouverture (p) à un récepteur haute fréquence (6) disposé à proximité des moyens d'asservissement du volet (2). 7. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens d'asservissement du volet (2) sont constitués d'un moteur électrique (7) auquel est reliée une vis sans fin (8) sur laquelle est agencée au moins une biellette (9) solidaire du volet (2) par l'une de ses extrémités. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les moyens d'asservissement du volet (2) sont logés dans un évidement de sorte que le volet (2) soit intégré à la face arrière en position escamotable. 9. Eolienne caractérisée en ce qu'elle est pourvue sur au moins l'une de ses pales d'un dispositif de régulation de la rotation des pales conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Eolienne selon la revendication 9, caractérisé en ce que la commande d'ouverture en position extrême du ou des volets (2) est apte à être commandé au moyen d'une télécommande.