Brevet FR3018867A1 — publié le 20150925

Description Domaine technique Appartenant à la technologie de procédé, cette invention s'adresse à rationaliser l'économie globale des éoliennes, à travers repenser leurs pales, pas seulement en vue d'étendre leur récolte d'énergie sous des vents actuellement jugés trop fort, mais aussi de rationaliser leur sollicitation, fabrication et transport. Technique antérieure L'état de la technique subit le conflit entre devoir réagir à des vitesses de vent faible, (donc longueur maximum de pale pour une surface d'exposition maximum) d'un côté, et la montée rapide de puissance de génération avec la monté de la vitesse du vent qui nécessite des mesures de rejet du surplus d'énergie dans un premier temps, puis, avec un vent encore plus fort, d'immobiliser carrément l'éolienne. Ces mesures - de coût non négligeable et d'utilité limitée - reste moins préjudiciable sur le plan économique que l'obligation de compenser l'énergie ainsi interrompue quand elle est au summum de sa capacité, ce qui implique de mettre en reserve des sources d'énergie autant importantes. Exposé de l'invention Préambule Pour mettre les particularités de l'innovation en ordre d'importance, je commence par l'exploitation puis les sollicitations et finalement la mode de fabrication. L'exploitation Comme évoqué plus haut, il s'agit de continuer la récolte de vents forts actuellement inexploitables, et l'idée c'est d'intervenir à la source de cette violente énergie, afin de l'apporter (à travers d'entraver convenablement convenablement la portance des pales) à la limite de la puissance que le générateur peut absorber. Cette entrave va être créée à travers modifier le parcours d'écoulement du vent sur l'extrados où l'intrados de la pale ; donc soit de rendre l'un plus court, ou de rendre l'autre plus long, ce qui est beaucoup plus simple et ce que cette invention a adopté. Cela à travers des simples pratiques pneumatiques, qui nécessitent donc des objets gonflables, et d'un dispositif du pompage pour les gonfler. o Les objets gonflables d'une pale Il s'agit d'un ensemble de poches (de nombre proportionnel avec l'importance de l'envergure de la pale, et de coupure convenables à la géométrie de son intrados sur lequel &lés seront apposées ; et vu leurs constitution de membranes d'infime epaisseurs, elles restent - quand leur pression interne est zéro sans aucun effet aérodynamique, comme si ils n'existent pas. Mettre cet ensemble en action (en total ou en partie) se fait à travers une fourchette qui les rend interdépendantes et interconnectées ; la fourchette se constitue de deux branches une pour gonfler les poches ; branche ALLER) ; l'autre pour les dégonfler ; branche RETOUR, voir figure 1). La branche ALLER Pour que l'entrave fonctionne comme souhaité à toutes conditions de vents, la branche ALLER sera équipés d'une série de clapets de compression (soupapes) de sensitivité incrémentale décroissante, de [a] associé avec la poche la plus proche du moyeu ; à [2a] qui se situe juste plus loin, et ainsi de suite... jusque [na] qui se situe à l'extrémité libre de la pale, où (n) est le nombre de poches apposées sur la pale. La branche RETOUR La branche RETOUR sera équipée d'autre série de clapets de sensitivité unique égale à [a] (la même différence incrémentale de pression de la branche ALLER). Exemple : Avec un maximum surplus de pression de 500 kg/m2, et de pale dont l'intrados est équipé de 10 poches, les sensitivités des clapets de la branche ALLER sont 1501; [100] ; [1501; [200] ; [250] ; [300] ; [350] ; [400] ; [450] ; [500] kg/m2 pendant que la sensitivité unique des correspondants dix clapets de la branche RETOUR est de même que le clapet le plus sensitif de la branche ALLER donc de [50] kg/m2. Le dispositif du pompage d'air Il s'agit d'un dispositif central fournissant (aux trois fourchettes des trois pales, et en même temps) le même taux de pression ; ce qui sous-entend - comme d'usage - une pompe et un collecteur d'air comprimé, mais puisque opter pour une seule pompe sera prendre le risque de mettre l'éolienne en péril en cas de panne de celle-ci, on va adopter un dispositif se constituant de trois pompes, ce qui assure la continuité de générer la pression nécessaire même si deux pompes tombent simultanément en panne. Cela étant il reste deux soucis à surpasser, d'abord de connecter des branches en rotation (de par leur montage sur les pales) à un dispositif fixe, et la plus simple solution c'est de monter ce dispositif sur l'arbre lent, donc le faire suivre le même rythme de rotation des-dites branches. L'autre souci à résoudre c'est d'alimenter les pompes en énergie d'une manière liée avec la rotation de l'arbre lent - donc de rester passives en dessous de la vitesse de rotation qui correspond à la puissance nominale du générateur (que j'appelle le seuil optimal), et à se déclencher au-delà de celui-ci ; cette liaison est à assurer à travers une couronne stationnaire à laquelle notre rotatif dispositif de pompage est connectés (voir figure 2 - Dispositif de pompage). Cela étant, la couronne - étant convenablement dimensionné - jouera le rôle de boite de vitesse, puisque la rotation de l'arbre lent, auquel la couronne est attachée, est trop lente pour faire fonctionner les pompes disponibles sur le marché. Le mécanisme de l'entrave Vitesse croissante du vent Avec un vent plus fort que le générateur puisse prendre (qui correspond à des pales en rotation dépassant le seuil optimal) un senseur fait déclencher le dispositif du pompage, mettant simultanément les trois fourchettes décrites plus haut, sous pression progressive qui ne s'arrête pas avant que les pales retrouvent leur seuil optimal. Donc avec la monté de la pression dans les fourchettes, les clapets de la branche ALLER cèdent l'un après l'autre, mettant les poches consécutivement sous pression, donc un vent plus violent entrainera le gonflement de plus de poches pour causer de plus importante entrave. En cas de tempête très violente l'entrave devient totale ce qui entraine l'arrêt des pales sans avoir besoin de les freiner. Cela pendant que les clapets de la branche RETOUR (étant unidirectionnels et à sens opposé) restent inertes. Vitesse décroissante du vent Quand la vitesse de vent baisse, l'entrave devient en inadéquation avec celle-ci, et par conséquent la vitesse de rotation baisse, et ce recule - ressenti par un senseur - fait déclencher un allègement de pression au collecteur, qui va affecter simultanément les deux branches ; et quand cette chute traverse la sensitivité du dernier clapet de la branche ALLER (le moins sensible et le plus éloigné du moyeu) celui-ci se ferme, enfermant dans cette poche la pression qui correspond à cette sensitivité. Avec davantage de chute égale à la valeur incrémentale le clapet concerné de la branche RETOUR s'ouvre, apportant ainsi la pression de cette poche à sa nouvelle valeur allégée, la même pression de la branche RETOUR, et de par cet equilibre ce clapet se referme. Si la pression chute davantage le clapet avant dernier va subir le même sort que le dernier et se ferme, et encore une fois quand la nouvelle chute est égale à la valeur incrémentale les deux deniers clapets (de la branche RETOUR) s'ouvrent, et ainsi de suite jusqu'au dégonflement total de toutes les poches, ce qui indiquera que la vitesse de vent est en dessous de celle qui correspond au seuil optimal de rotation. Le souci des sollicitations Les forces de centrifuge Il est à rappeler que les pales subissent trois types de sollicitations : de flexion (portance et tramée) ; des forces de centrifuge (poids propre) et finalement celles qui accompagne tout objet en rotation (procession, vibration... etc.) Etant donné que la géométrie complexe de la pale rend difficile l'intervention au niveau de flexion sans compliquer celle de la vibration, l'invention va se limiter à soulager seulement les deux autres types de sollicitations. Pour commencer je caractérise les pales actuelles en deux zones, l'une c'est la lame aérodynamique (récolter le vent), l'autre c'est le bout rétréci qui finit en forme cylindrique pour assurer l'attache au moyeu où culminent tout type de sollicitations). Imaginons que la pale est dissociée de son bout rétréci, et que ce dernier est remplacé par une jonction adapté (je l'appelle jonction - moyeu) ; imaginons aussi que la lames aérodynamique est découpée en trois tronçons (périphérique, mitoyen et central) de masses croissantes mais de rayons de rotation décroissantes (ce qui tend de rapprocher leurs forces de centrifuge ou, avec un découpage adapté les rendre précisément égales). Finalement on va imaginer qu'aux niveaux de ces découpages les deux tronçons (périphérique et mitoyen) sont attachés à la jonction-moyeu (par des tendons non-précontraints, installés dans la cavité de la pale, de manière à transmettre leurs deux forces de centrifuge directement à celle-ci (à éviter ainsi leur accumulation tout au long de la pale (voir figure 3 - les étapes virtuelles). La vibration De l'autre côté le soulagement de vibrations peut se réaliser à travers une jonction pale - moyeu flottante, pas désavantageusement fixe comme c'est le cas actuellement, et cela entre deux positions limites : La position statique où (moyennent des tendons précontraints à un taux prédéterminé que je propose entre un tiers et la moitié de la force centrifuge maximale) la jonction-moyeu bute contre le moyeu. La position flottante qui correspond à l'élongation supplémentaire de ces tendons sous une force de centrifuge dépassant le taux de précontraint choisi qui permet le flottement (voir figure 2- la jonction flottante). Le souci de la fabrication L'idée c'est de réaliser ce qu'on a imaginé concernant de l'élimination du bout rétréci et le découpage de la lame aérodynamique en tronçons (j'en propose trois), et puisque le procédé de moulage se fait à partir des blocs de longueur modulaire (à l'ordre de 6 m) il sera facile d'éliminer la partie qui correspond au bout rétréci, et éventuellement les remplacer par d'autres qui - en assurant la continuité aérodynamique - permettent d'obtenir des lames plus longues. Cette même approche va faciliter la production des pales en tronçons, ce qui est susceptible de flexibiliser la fabrication et de faciliter la manutention et le transport. Ayant dissocié jonction pale-moyeu de la lame on aura la liberté de choix de sa matière à convenir au mieux à la culmination de sollicitations, et qui de ce fait elle peut servir - puisqu'il est récupérable et usinable - à plusieurs lames. De l'autre côté on peut songer à rendre réutilisables des pales qui sont actuellement à la retraite (souvent à cause de leurs bouts défectueux mais ayant, souvent, de lames encore exploitable voit figure 3). Description sommaire des dessins (Figure 1) Dispositif de contrôle (portance) Dessin schématique montrant la constitution de ce dispositif en poche gonflable et le mécanisme de contrôle de pression en clapets à sensitivité décroissantes ou fixes. (Figure 2) Les mesures annexes Dessin schématique montrant la spécificité de : La jonction flottante Le dispositif de pompage (Figure 3) La pale proposée Dessin schématique montrant la spécificité de : Les étapes virtuelles Les sollicitations axiales REVENDIFICATIONS 1. Dispositif de rationalisation des pales éoliennes caractérisé en ce que chaque pale comporte, d'une part, un dispositif de portance, et d'autre part une structure segmentaire. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif de contrôle de portance comprend un dispositif rotatif de pompage, connecté à un ensemble de poches gonflables interdépendantes et interconnectées à travers une fourchette de contrôle de pression. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les poches gonflables sont apposées sur l'intrados de la pale, l'une à côté de l'autre sur toute la longueur des pales. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que la fourchette de contrôle de pression comprend : Une branche ALLER munie d'une série de clapets de nombre égal à celui des poches, et de sensitivités décroissantes en seuils incrémentaux prédéterminés ; Une branche RETOUR munie du même nombre de clapets, et de même sensitivité unique égale au seuil incrémentai choisi Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le dispositif rotatif de pompage : Est constitué de trois pompes et un collecteur d'air comprimé Est associé en rotation avec celle de l'arbre lent, l'entrainement des pompes rotatives ayant lieu par connexion de celles-ci à une couronne stationnaire adaptée. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la structure segmentaire est de deux types : Type jonction moyeu connecté au moyeu à travers des tendons précontraints. Type tronçon de pale, chacun connecté directement à la jonction moyeu à travers des tendons non-précontraints.