Partie Spécifique - Partie B : Composants hydraul… · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole - ITEC 2025

L’éolienne est équipée d’un dispositif de calage des pales appelé « pitch control ». Ce dispositif permet d’orienter les pales par rapport à la direction du vent pour réguler la vitesse de rotation du rotor.

Cette orientation est définie par l’angle de calage $\beta$. Lorsque la vitesse du vent est faible, l’angle de calage est de $0^\circ$. Cette orientation permet d’augmenter la force aérodynamique qui génère la rotation des pales. À l’inverse, lorsque la vitesse du vent augmente, l’angle de calage augmente et a pour effet de diminuer la vitesse de rotation du rotor.

Dans le cas où le vent atteint une vitesse trop importante, un angle minimal de $90^\circ$ doit être garanti pour permettre un décrochage aérodynamique et donc l’arrêt de la rotation (position drapeau). Ce changement de position se fait à l’aide d’un vérin hydraulique (aussi appelé vérin de calage). Chaque pale a son propre dispositif de calage.

PARTIE B: les composants hydrauliques du dispositif de calage sont-ils correctement dimensionnés ?

Comment garantir une plage de réglage de 90° ?

DTS1: caractéristiques de l’éolienne N117 – 2,4 MW

Caractéristiques principales

Modèle N117 – 2,4 MW

ROTOR

Diamètre global des pales · 116,8 m

Nombre de pales · 3

Fréquence de rotation · 7,5 – 13,2 tr·min⁻¹

Freins · Mise en drapeau des pales par dispositif hydraulique et frein d’arrêt à disque supplémentaire au niveau du rotor.

Surface balayée · 10 715 m²

DONNÉES OPÉRATIONNELLES

Hauteur totale de l’éolienne en bout de pale · 149,4 m

Vitesse de vent de démarrage · 3 m·s⁻¹

Vitesse de vent nominale · 11 m·s⁻¹

Vitesse de vent de coupure · 20 m·s⁻¹

Question B.1

À partir du document DTS1, déterminer la valeur de l’angle de calage $\beta$ pour les vitesses de vent suivantes:

°

°

Question B.2

Compléter le graphe des liaisons (DRS3) en indiquant le nom, l’axe et le centre (point) pour chaque liaison à partir du schéma cinématique minimal (DTS2).

Liaison entre

Nom de la liaison

Axe

Centre

Moyeu {16} / Corps {19a}

Corps {19a} / Tige {19b}

Tige {19b} / Pale {17}

Moyeu {16} / Pale {17}

Question B.3

On donne la mise en plan de la position tige sortie du vérin hydraulique (angle de calage $\beta = 0^\circ$). Sur cette même mise en plan (DRS4), tracer, pour un angle de calage $\beta = 90^\circ$, les points D' et B' qui correspondent à la position du vérin lorsque la tige est rentrée.

Question B.4

Déduire du tracé précédent la course minimale de la tige en millimètre nécessaire pour garantir une plage de réglage mini de $90^\circ$.

(Rappel: course = longueur mesurée entre la position rentrée et la position sortie).

mm

DTS3: codification référence vérin hydraulique

Référence du vérin choisi par le bureau d'études: CD H2 MT4/100/70/950

Code · Signification · Référence

01 · Vérin différentiel · CD

02 · Série · H2

03 · Type de fixation (Tourillon) · MT4

04 · Diamètre du piston en mm · 100

05 · Diamètre de la tige en mm · 70

06 · Longueur de course en mm · 950

Question B.5

En considérant une course minimale de 920 mm, conclure à l’aide de la référence choisie par le bureau d’études si le vérin hydraulique permet de garantir la plage de réglage.

L’effort du vérin est-il suffisant pour régler la position de la pale ?

La documentation technique du vérin indique que l’effort maximum exercé par la tige du vérin doit être au maximum égal à 110 kN.

Question B.6

À l’aide de la schématisation hydraulique du dispositif de calage en position fixe (DTS4), indiquer le sens du flux d’huile dans les conduites repérées de 1 à 4 pour les positions 1 et 2, et pour les deux positions du distributeur, préciser le sens de déplacement de la tige du vérin en cochant la bonne proposition (DRS5).

Position N°1

La tige du vérin sort

La tige du vérin rentre

Position N°2

La tige du vérin sort

La tige du vérin rentre

Question B.7

À l’aide de la référence du vérin de calage retenue par le bureau d’études, préciser la valeur du diamètre du piston et celle de la tige. Calculer les surfaces $S_1$ et $S_2$.

Nota: $S_1$ = surface soumise à la pression pour la sortie de tige; $S_2$ = surface soumise à la pression pour la rentrée de tige.

mm

mm

Question B.8

La pression d’alimentation fournie par le groupe moto pompe est de $250\text{ bars}$. Calculer l’effort $F_2$ correspondant à la rentrée de tige. Justifier en argumentant, qu’il n’est pas nécessaire de calculer $F_1$ pour vérifier que l’effort du vérin est suffisant pour régler la position de la pale.

Rappel: $10\text{ bars} = 1\text{ MPa} = 1\text{ N}\cdot\text{mm}^{-2}$

Question B.9

Conclure sur le choix du vérin.