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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Comment les éoliennes modernes gèrent les caprices du vent. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Dans la Russie pré-révolutionnaire, il n’existait aucune industrie produisant des éoliennes ; ils ont été construits uniquement de manière artisanale. Mais l'idée de l'utilisation la meilleure et la plus rentable de l'énergie éolienne est née en Russie. Le grand scientifique russe, « père de l’aviation russe », le professeur N. E. Joukovski (1847-1921) a également créé les fondements théoriques de l’éolienne. Ses œuvres remarquables n’ont trouvé d’application pratique que sous le régime soviétique. À l'initiative de N. E. Joukovski et avec le soutien de V. I. Lénine, l'Institut central aéro-hydrodynamique (TsAGI) fut organisé en 1918 à Moscou. Ici, les premières éoliennes nationales à grande vitesse ont été construites. Basé sur les travaux du prof. N. E. Zhukovsky, ses étudiants prof. V. P. Vetchinkin (1888-1950), travailleur émérite des sciences et technologies prof. G. X. Sabinin et prof. N. V. Krasovsky a développé les bases théoriques de la conception d'éoliennes modernes de haute qualité, et le prof. E. M. Fateev a développé les bases de leur exploitation correcte dans l'agriculture. Les concepteurs soviétiques ont créé des éoliennes à grande vitesse originales et encore inégalées dans leurs qualités, d'une puissance allant de plusieurs dizaines de watts à plusieurs milliers de kilowatts. Les éoliennes entièrement métalliques fabriquées en usine, contrairement aux centrales éoliennes bois-métal considérées, disposent de dispositifs spéciaux pour faire face aux « caprices » du vent. Tout le monde sait que le vent peut changer de direction et de vitesse plusieurs fois par jour. Les éoliennes à tambour les plus simples étaient équipées d'un récepteur d'énergie éolienne qui était installé de manière rigide, une fois pour toutes, dans n'importe quelle position. Les éoliennes à carrousel et rotatives sont opérationnelles dans n'importe quelle direction du vent, mais elles ne le sont pas, comme les éoliennes à tambour. protégé contre d'éventuels dommages en cas de vents forts "Le moulin à vent le plus simple ne peut fonctionner normalement qu'en présence d'une personne. Une personne doit surveiller le vent et régler la roue éolienne dans la bonne position à temps. Si le moulin à vent est grand, alors au moins deux des personnes sont nécessaires pour régler la roue dans le vent, si elle n'a pas de porte spéciale (la machine la plus simple pour soulever des charges). Avec le développement ultérieur de la technologie de construction d'éoliennes, ils ont commencé à s'efforcer d'utiliser la puissance du vent non non seulement pour faire tourner la roue éolienne, mais aussi pour l'installer automatiquement contre le vent, comme on peut le voir avec une girouette conventionnelle indiquant la direction du vent. Pour ce faire, aux parties arrière de la tête pivotante ont commencé à attacher une queue , constitué d'une longue tige ou d'une ferme spéciale avec une surface à l'extrémité, appelée plumage de queue (voir Fig. riz. 24).
Si le vent changeait de direction, la queue tournait automatiquement la tête. La roue à vent a de nouveau été installée face au vent. Il existait donc un dispositif simple permettant de faire tourner la roue éolienne dans le sens du vent sans intervention humaine. Dans les éoliennes modernes, les queues sont calculées de manière à ce qu'elles commencent à tourner la tête avec la roue éolienne face au vent lorsque sa direction change d'un angle d'environ 10 degrés. Pour faire tourner les têtes des grandes éoliennes, le plumage de la queue est parfois réalisé sous la forme de deux ou trois surfaces verticales parallèles à une certaine distance les unes des autres (voir Fig. 27). Dans d'autres systèmes d'éoliennes, le rôle de queue est joué par la roue éolienne elle-même. Il se met face au vent dès que le vent change de direction. Pour ce faire, la roue éolienne n'est pas placée devant la tour, mais derrière la tour. Dans ce cas, la roue, telle une girouette, suit automatiquement le vent. Avec une grande éolienne, des virages brusques avec la queue peuvent provoquer la rupture des ailes. Par conséquent, à l'aide de queues, seules de petites éoliennes d'un diamètre allant jusqu'à 18 mètres sont généralement installées dans le vent. Les dispositifs les plus courants sont constitués de deux éoliennes multipales placées à l’arrière de la ferme de tête. De tels appareils sont appelés roses des vents. Les roses des vents sont disposées de telle sorte que si le vent souffle contre la turbine, elles se trouvent dans la direction du vent et restent immobiles. Lorsque le vent souffle de côté, les roses des vents se mettent en mouvement et, au moyen d'un mécanisme de transmission, tournent la tête avec l'éolienne dans le vent jusqu'à ce qu'elle soit strictement contre le vent (Fig. 26). À ce moment-là, les roses des vents seront à nouveau positionnées face au vent et s'arrêteront jusqu'à ce que le vent change à nouveau de direction.
D'autres dispositifs ingénieux sont utilisés pour faire tourner les grandes roues éoliennes des éoliennes modernes à grande vitesse dans le vent. Dans n'importe quel vent, ils amènent doucement et doucement la roue éolienne dans le vent. Généralement, les mécanismes de poussée font tourner la tête par rapport à la tour à une vitesse très faible, un tour complet en quelques minutes. Dans les grandes éoliennes, la tête est orientée vers le vent à l'aide d'un moteur électrique contrôlé par une petite girouette. Lorsque la direction du vent change, la girouette tourne et ferme la ligne électrique, allumant automatiquement le moteur électrique. Le moteur électrique ne s'arrêtera que lorsque la ligne sera déconnectée. Et cela se produira lorsque la girouette sera située le long du flux d'air et la roue éolienne - face au vent. Ce sont les principaux dispositifs des éoliennes modernes permettant de faire tourner automatiquement la roue éolienne dans le sens du vent. Cependant, le vent peut changer non seulement sa direction, mais aussi sa vitesse. Par conséquent, la force de pression sur la roue éolienne change également. À mesure que la vitesse du vent augmente, le nombre de tours de la roue éolienne augmente. Ils peuvent atteindre des valeurs élevées. Ceci est dangereux non seulement pour la solidité de la roue, mais aussi pour l’ensemble de l’installation et les machines qui y sont attachées. Pour éviter cela, les éoliennes modernes sont équipées de dispositifs spéciaux qui entrent en action lorsque la vitesse du vent est élevée. Ils veillent à ce qu'avec une nouvelle augmentation du vent, le nombre de tours de la roue éolienne n'augmente pas et qu'en cas de tempête, elle s'arrête. La méthode la plus simple pour limiter la vitesse d'une éolienne est que, lorsque le vent atteint une certaine vitesse, elle commence à sortir partiellement sous le vent. À mesure que la vitesse du vent augmente, la roue éolienne tourne selon un angle de plus en plus important et, lors d'une tempête, elle se situe au bord du flux d'air et s'arrête. Dans le même temps, les ressorts de commande sont étirés ou une charge spéciale est levée qui, lorsque la vitesse du vent diminue, amène à nouveau la roue éolienne face au vent. Le contrôle de la vitesse en mettant toute la roue éolienne hors du vent n'est généralement utilisé que pour les éoliennes à faible vitesse avec de petites roues éoliennes. Pour contrôler la vitesse des grandes éoliennes à grande vitesse, ce ne sont pas les éoliennes qui sont sorties du vent, mais des ailes séparées ou leurs parties d'extrémité, égales à 1/4 ou 1/8 de la longueur totale de la aile. À l'heure actuelle, le plus parfait est la régulation des éoliennes à grande vitesse à l'aide de surfaces profilées spéciales - des stabilisateurs, qui sont fixés aux parties rotatives des ailes sur des crémaillères. Les stabilisateurs sont contrôlés par des masses centrifuges situées à l'intérieur des ailes. Les charges sont très sensibles aux changements de vitesse de la roue éolienne et, par conséquent, à la vitesse du vent. Un léger mouvement des poids centrifuges fait tourner les stabilisateurs, ce qui génère alors une force provenant du vent contraire, faisant tourner les pointes des pales comme un petit gouvernail fait tourner un grand bateau. Lorsque les parties tournantes des ailes sortent du vent, le nombre de tours de la roue éolienne diminue. Cette réglementation originale a été élaborée par des scientifiques et des concepteurs soviétiques sous la direction du Prof. G. X. Sabinina et le prof. N.V. Krasovsky. Il est utilisé dans la plupart des éoliennes modernes à grande vitesse, d’une capacité de 10 à 1000 XNUMX kilowatts. L'inventeur A. G. Ufimtsev et le prof. V. P. Vetchinkin a proposé de réguler la vitesse des éoliennes des éoliennes à grande vitesse en retirant les ailes sous le vent en raison de la pression du flux d'air sur elles. Par vent fort, les ailes, comme les girouettes, peuvent tourner par rapport aux axes des volets, laissant passer librement le flux d'air. L'uniformité nécessaire de la rotation de la roue éolienne avec cette régulation est obtenue grâce au fonctionnement de ce qu'on appelle l'accumulateur inertiel, c'est-à-dire le volant d'inertie inclus dans la transmission. Tournant rapidement, le disque de batterie absorbe l'excès d'énergie lorsque la vitesse du vent augmente et restitue cette énergie aux machines en fonctionnement lorsque la vitesse du vent diminue. Une telle régulation est établie, par exemple, pour les éoliennes 1-D-18 du système Ufimtsev-Vetchinkin (Fig. 27).
Dans les petites éoliennes à grande vitesse, la rotation des ailes est effectuée en raison de forces centrifuges supplémentaires qui surviennent sur des charges spéciales fixées aux ailes à proximité de l'arbre de l'éolienne. Cet appareil, le plus simple dans l'exécution et le plus original dans sa conception, a été proposé par le lauréat V. S. Shamanin. Ce sont les principaux mécanismes automatiques des éoliennes à palettes modernes, à l'aide desquels les éoliennes sont installées dans le vent et maintiennent la vitesse réglée à des vitesses de vent élevées. Auteur : Karmishin A.V.
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