PREFACE

 

 

 

            A la lecture de ce petit texte, Vous découvrirez une manière réaliste d’aborder l’énergie du vent qui sans se soucier des réalisations alentours et des modes technologiques, a eu comme  objectif sa bonne utilisation.

             L’important était l’intégration de tous les grands facteurs de rendement, et réduire autant qu’il est possible les inconvénients de cette énergie.

             J’ai rencontré de multiples problèmes dus aux fantastiques et imprévisibles distorsions d’écoulement du vent en espace et temps limité, aspects d’une question qu’aucune littérature technique antérieure ne laissait supposer l’existence.  Même silence aujourd’hui ce qui est bien regrettable et déplace technique et réflexion.

              Le choix des paramètres que nous avons fait, les solutions techniques que nous avons adoptées pourront vous paraître étranges. Ils ont été fait en toutes réalités en dehors de toute école, en toute liberté de pensée et de jugement, suite à un long travail de documentation, observations, réflexions, évolutions, et expérimentations.

 

              Cet aérogénérateur représente une énorme somme de travail. Il est évident que  j’ai été favorisé par le fait que la décision m’appartenait, ce qui devant les faits évitait toutes temporisations inutiles, tant sur le plan analyse des observations, modifications des plans, mise en œuvres des évolutions, des matériaux, façon et remplacement des systèmes inadéquats, ignorant les conditions météorologiques ce qui me plaçais souvent hors des limites  raisonnables.

              Cela a conduit surtout à la rencontre d’un immense scepticisme quand à la réussite de ce travail, puis à la négation de notre réussite technique.  .

 

              Les résultats pratiques ont validés mes travaux,  Vous pouvez voir en fonctionnement cet aérogénérateur qui produit depuis plus de vingt cinq ans sous des vents de 8 à 185 km/h, sans aucune surveillance de fonctionnement et arrêts pour tempêtes.

               Il  s’adapte aux vents qui ne l’ont jamais surpris et mis  en défaut.

                          

             

 

 

                                   INTRODUCTION

 

            Les variations très rapides de la vitesse du vent opposée à l’inertie    

des hélices éoliennes sont à l’origine des effets de « pompage » cause de

fatigue et de destruction de TOUS les aérogénérateurs.                            

            Ceci est directement responsable de la rupture systématique des

hélices à pas variable régulant par état d’équilibre vers la mise des pâles

en drapeau.        

           Cet aérogénérateur comporte un système original de régulation à

pas variable instantané, il réalise le premier dispositif « anti-pompage »

appliqué aux hélices éoliennes.

           Ces dispositifs se sont révélés cent pour cent efficaces et fiables.

 

 

 

               Au fil des jours et des semaines, l’inégalité de la répartition des vitesses du vent

rend  l’énergie éolienne aléatoire.

               Celle ci le sera moins si l’aérogénérateur possède un rendement élevé, commence

sa production  par vents faibles et est capable de continuer à produire par tempêtes.

               En site autonome, la probabilité d’avoir de l’énergie au moment désiré sera augmentée,

le besoin en capacité de stockage relativement moins conséquent.

               Pour les grandes installations couplées sur réseau, la déstabilisation de celui ci sera retardée.

               La puissance maximum des ces aérogénérateurs étant facilement contrôlable, les frais

de raccordement se limiteront à la puissance nominale installée, la rentabilité en sera grandement

améliorée.

               Par la réalisation d’une régulation à pas variable capable de suivre les fluctuations de

vitesse du vent, par la suppression des effets de « pompage » et de fatigues les accompagnant,

 l’Innovation m’a permis l’intégration des grands facteurs de rendement des hélices éoliennes,

 dans une réalisation fiable restant dans un cadre de contraintes limitées, d’où un coût raisonnable.         

 

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              Les performances d’une hélice éolienne sont principalement dépendantes des

paramètres suivants.

 

1)           LA FORME  DE L’HELICE : convexe, plate ou concave.

              La forme concave présentée coté pression est de loin la plus performante. Elle est

universellement adoptée sur les hélices marines.

              Nous rappelons que les hélices éoliennes évoluant en vitesses sous soniques sont

comme les hélices marines, soumises aux lois de la mécanique des fluides incompressibles.

 

2)           LA LARGEUR DES PALES :

              Quelque soit la vitesse des pales, (il est évident qu’elle ne saurait être nulle car

l’énergie produite ne pourrait être que nulle), la conversion de la pression potentielle

recueillable en couple moteur, en énergie utilisable, est inversement proportionnelle à la

grandeur de l’angle d’incidence par rapport à l’angle compris entre le vent relatif et le plan de

déplacement.

              Il est possible dans une certaine limite d’opter pour une vitesse de pale plus grande et

de diminuer sa largeur, mais cela correspond à un surcroît de contraintes face à une diminution

du moment d’inertie de section de pale. De plus cette proportionnalité angulaire faible devra

demeurer afin de garder une conversion honnête de l’énergie du vent.

              La largeur et la vitesse à adopter reste un compromis technico-économique entre la

conversion inutile du vent entrant en sortie rotationnelle, et la rotation utile de l’hélice

à laquelle s’oppose vitesse croissant, la traînée  plus grande du profil de la pale. 

              Une pale large, une incidence faible, réalise face aux variations rapides du vent une

instabilité explosive, nous l’avons rencontrée et trouvé solution.      

 

3)           L’EXITENCE D’UN VRILLAGE DE PALE : ou gauchissement bien établi, dans la

 limite du vent nominal optimalise la résultante efficace tout au long de la pale, et évite à celle

ci de se  placer partiellement en situation de décrochement, de produire des écoulements

turbulents qui tendent à se propager au long du profil engendrant perte de portance et traînée.

              Si une pale vrillée comme une pale large est facteur de rendement ; par une meilleure

conservation de l’énergie cinétique elle est aussi source accrue d’instabilité.

 

4)           LA HAUTEUR DU PYLONE :   Pour un même site, la puissance récupérable, la

 qualité de l’écoulement facteur de rendement et de moindre fatigue, sont directement liées à

 la hauteur au dessus du sol.                      

 

               La mise en application des ces paramètres n’est possible qui si une bonne

stabilité dynamique de l’hélice est assurée.  Je l’ai réalisée.

 

 

 

 

                                        UNE VIE !!!!!!

 

50 années d’accumulation de documentations, de réflexions, d’élaborations

d’aérogénérateurs.

20.000 heures d’étude, de dessins, de travaux d’atelier,

Plus de 1.700 heures de chantier dont plus de 1.100 heures sur pylônes

 

POUR LA REALISATION ET L’EVOLUTION DE :

 

4        petits aérogénérateurs de diamètres inférieurs à 3 mètres,           1945 - 1949

1    aérogénérateur diamètre  3 mètres                                                1950 - 1951

1    ………………………….3 mètres (jamais mis en service)

   ………………………….5 mètres                                      05/1956 -10/1956

                    1    ………………….. ……. 5 mètres                                      04/1958 - 10/1981

qui a fonctionné pratiquement sans avaries entre ces dates et qui a été démonté

pour cause de vétusté et disponibilité d’emplacement

             Travail fait dans le cadre de CARRE Jean, (entreprise en nom personnel)

                    3  aérogénérateurs diamètre 8 mètres                                            1983 –

tels que décrits dans ce texte, réalisés dans le cadre G.I.E. AEROGENERATEURS

CARRE ;

            Ce dernier programme objet du contrat ANVAR N° A 8106021, avenant

du 04/07/1984 et du 11/01/85, des contrats avec la Caisse Régionale du Crédit Agricole

d’Auxerre en date des 26/01/1982 et 10/06/1985, de l’assistance de la Chambre de Commerce

et d’Industrie, de subvention du Conseil Régional, de l’A.F.M.E. pour essais de ces machines

au Centre  National d’Essais Eolien de LANNION (C.N.E.E.L.), d’une Médaille d’Argent au

Salon International des Inventions de GENEVE.

           Ont été résolus sur ces derniers aérogénérateurs tous les aspects techniques et de

comportement spécifiques des hélices éoliennes à pas variable instantané régulant par état

d’équilibre vers la mise en drapeau des pales ;*de ce fait autant qu’il est possible les problèmes

liés à l’exploitation du vent.

          Oui, sous son vent nominal et au delà, cet aérogénérateur fonctionne en toute

sécurité, respectant sa vitesse nominal de rotation: à pleine charge, sous charge fractionnaire,

à vide, peut être brusquement déchargé, mais n’aime pas être en arrêt lorsque le vent souffle

et il ne sait pas fonctionner sans vent. !!

          Des évolutions sont prévues, elles amélioreront de beaucoup son efficacité

sans remettre en cause sa fiabilité, provoquant même une diminution de charge

sur les structures.

 

 

*P.S.

 

      J’emploie cette définition par opposition aux régulations à pas variables commandés

qui par une saisie aléatoire du vent, les temps nécessaires aux transmission et exécution agissent en

situations parfois fausses mais toujours dépassées ; aux pas variables agissant en

décrochement.

 

 

   

 

   

 

 

                   

                   

                 

 

                                         Spécificités de notre réalisation :

 

 

 

 

             Aérogénérateurs à hélice à pas variable régulant vers l’effacement des pales par équilibre entre un effet dynamique issu de sa rotation tendant à amener les pales en drapeau et une force élastique s’y opposant.

 

             Disposition géométrique : La force issue de la rotation de l’hélice sollicitant la pale pour effectuer son pivotement autour de son axe O O’ est réalisée par l’inclinaison de cet axe vers l’avant, la construction d’une hélice conique, la face concave présentée au vent.                  

           Déséquilibre de masse :  Dans la limite de disponibilité potentielle énergétique

des vents, .pour que leur vitesse de rotation soit constante et non influencée par la charge , les

hélices éoliennes doivent pour leur pales, utiliser des profils à centre de poussée stable se situant

dans cette exigence à 0,25 de la profondeur de la pale, lieu où doit être implanté leur axe de

pivotement O O’.

             Quelles que soient les techniques de construction utilisées, face aux contraintes

centrifuges dans l’impossibilité de porter une masse sur la partie du profil située en avant de

cet axe, on ne pourra tant statiquement que dynamiquement équilibrer la masse M’ située en

vers l’arrière.

 

             Différence de rayon d’évolution : Le rotor étant conique, le calage en hélice

du profil de pale fait que dans un plan perpendiculaire a l’axe de pale O O’, la partie arrière du

 profil M’ évolue en  rotation autour de l’axe de l’hélice sur un rayon r’ supérieur à celui de la

 partie avant r

 

             Effets : Ce déséquilibre de masse, cette différence de rayon d’évolution entre

la partie située en arrière de l’axe de pivotement et celle située en avant de celui ci, engendre

lorsque la machine tourne un déséquilibre amenant la pale à tourner sur elle même vers la

mise en drapeau.

 

             Régulation : A la vitesse nominale de rotation de l’hélice, des moyens de rappels

élastiques équilibrent la force crée par la rotation de celle ci et ces différences.

 

               

                   .

.                                                                                                                                                                   

                 

    

          

            

                                                                   INSTABILITES

 

 

 

                          Dans une hélice, la corde du profil de pale possède un angle par rapport à son plan de

rotation. Il est faible à son extrémité, important vers sa base. Dans une hélice à pas variable

il s’accroît lorsque la régulation entre en fonction.  

            Il en résulte que la masse M’ non équilibrée évoquée précédemment n’évolue pas dans

le plan P contenant l’axe O O’ de pivotement du profil, mais dans un pan P’ différent qui s’en

éloigne à mesure que le vent croit et que les pales s’ouvrent.

            Tout ralentissement de l’hélice, de la pale, dont de la masse M’, provoque de la part de

celle ci une force qui étant déportée par rapport à son point d’application (axe O O’) engendre

un effet occasionnel et supplémentaire tendant à ouvrir le pas et à amener celle ci en position

d’ouverture totale.

             Suite au démarrage et à l’accélération de l’hélice, la masse M’ provoquera l’effet contraire

 et la vitesse nominale sera dépassée.

             En réaction elle ouvrira exagérément le pas des pales créant une inversion d’incidence et

de portance, une décélération de l’hélice.

             Accélération et décélération proviennent plus généralement des variations de vitesse

du vent où d’une brusque mise en charge.

             L’hélice réceptrice devient propulsive  sa décélération entretient et accroît son pas

négatif la masse M’ devenant de plus en plus perturbante les plans d’évolutions s’éloignant.

             Ce processus prend fin lorsque l’énergie cinétique de l’hélice est pratiquement

disparue.

             (La pale se comporte exactement comme la portière de votre voiture que vous avez

oublié d’accrocher: en accélération elle ira vers la fermeture, au freinage elle s’ouvrira toute

grande.)

 

             Expérimentation vécue avant l’Innovation.

 

             Sur la machine que nous avons réalisée, la largeur de pale qui fait quelle tourne à vide

en bout de pale avec une incidence inférieure à O° 30’, à pleine charge 3° ; l’inversion

d’incidence était très rapide. La largeur, le gauchissement de la pale éloignant la masse M’ de

son plan d’application et induisant une meilleurs conservation de l’énergie cinétique de l’hélice,

sans charge, l’apparition de cette instabilité  sur cette machine apparaissait en dessous d’un vent de

8 mètres/seconde.

             Sur ce site très turbulent, le cycle décrit ci dessus se déroulait avec une période

d’une vingtaine de secondes, provoquant des balancements brutaux du pylône dont les

oscillations à son sommet pouvait atteindre 0,80 à 1 mètre d’amplitude. 

                                       

             Ce fut sur le moment un rude coup sur mon moral, le sentiment d’un immense fiasco !! Deux jours  d’observations et de réflexions me firent comprendre le problème, le cinquième jour, la solution était en vue, le dixième les fournitures commandées, un mois après je mettais en place le nouveau dispositif.

             Paradoxalement, outre le résultat, il en résultait des  grandes simplifications

 

 

 

  

 

        CARACTERISTIQUES  de la machine visible en fonctionnement

 

 

 

 

 

Hélice amont conique face concave présentée au vent.

Surface balayée                                                                                             50 m2

Diamètre                                                                                                          8 mètres

Vitesse de rotation                                                                                         83 t/mn

Régulation à pas variable automatique à vitesse fixe

Hélice amont orientation par dérive

Nombre de pales                                                                                              3

Profil constant   NACA 23012

Profondeur du profil                                                                                    600 m.m

Gauchissement de la pale                                                                              29 °

Vent de démarrage spontané                                                                           2,5 m/s

Vent de début de production à la période                                                        4    m/s

Vent nominal                                                                                                  10,2 m/s

 

               (A fonctionné sans dommage au Centre National d’Essais Eolien de Lannion lors de tempête qui a ravagé la Bretagne par des vents dépassant 185 km/h)

 

Multiplicateur et alternateur :                      

 

Monobloc suspendu et entraîné par éléments élastiques.

Multiplicateur BREVINI   ED. 2045 (totalement inadapté)

Double trains épicycloïdal flottant.

Rapport                                                                                                          18,08/1

Alternateur LEROY SOMMER    ACT A 161O   Synchrone

Puissance                                                                                                       12 KW

Courant alternatif triphasé 50 hz  220 / 380 volts

 

PYLONE

 

Mono tubulaire haubané

Hauteur                                                                                                          33 mètres

 

Poids total hors sol :                                                                                 2.800 kgs

 

 

 

 

 

     Evolutions prévues suite à nos expérimentations sur ce type de modèle.

       ( Les modifications qu’il me conviens de faire mentions ici sont rédigées en gras)

 

       Hélice amont conique, face concave présentée au vent.

       Surface balayée                                                                                          80 m2

       Diamètre                                                                                                     10 mètres

       Vitesse de rotation                                                      9 radians/sec             85 t/mn

       Régulation à pas variable automatique à vitesse fixe

       Hélice amont, orientation par dérive

       Nombre de pales                                                                                          3

       Profil à largeur constante 23012

       Profondeur du profil                                                                                 600 mm

       Gauchissement de la pales                                                                        25°

       Vitesse de vent démarrage spontané                                                         2,30 m/sec

       Vitesse de vent de début de production                                                     3,25 m/sec       

       Vitesse de vent nominale                                                                             8,50 m/sec

       Vitesse de limite de production et de résistance machine                           70      m/sec

        Multiplicateur et alternateur :

        Groupe monobloc suspendu et entraîné  par éléments élastiques

        Multiplicateur spécial à grande capacité de réserve d’huile, double

        trains épicycloïdal flottant à combinaisons autocorrectives et divers.

        Rapports                                                                           50 périodes        18,031/1

                                                                                                 60 périodes         21,466/1

        Puissance                                                                                                     12, kw

        Courant alternatif  220/380 volts triphasé.

         Pylône mono tubulaire haubané et galvanisé. Hauteur :                            35, mètres  

 

         Poids total hors sol :                                                                              2.800 kgs

 

                    Cette machine sera l’évolution de celle en fonctionnement décrite page précédente.

                    Par une nouvelle approche technologique vers le moindre coût, par de nouvelles innovations vers de plus grandes performances elle deviendra l’aérogénérateur de demain.

                    L’étude en est pratiquement terminée, les plans bouclés.  

 

Je suis à votre entière disposition pour tout complément d’information, échanges ou visite.

                    Prendre contact : E mail,  jean.carre9@wanadoo.fr  Télé. 03 86 81 40 06