Brevet FR2365038A1 — publié le 19780414

La présente invention concerne une centrale hydroélectrique, notamment une centrale utilisant plusieurs turbines prévues dans des canaux d'amenée et un nouveau système pour disperser par gravité la décharge d'eau d'aval des turbines. Selon la présente invention, la centrale comprend une enveloppe colonnaire érigée dans une masse d'eau et définissant une chambre à un niveau inférieur à la surface de la masse d'eau et plusieurs canaux d'amenée qui débouchent dans la masse d'eau en des emplacements situés autour de la périphérie de l'enveloppe entre ledit niveau et la surface de la- masse d'eau et qui se déchargent dans la chambre. Elle comporte également un générateur d'énergie hydroélectrique comprenant des turbines dans les canaux d'amenée et des moyens pour décharger Eleau d'aval des turbines respectives comportant des raccords placés sur l'enveloppe, qui communiquent avec la chambre, débouchant dans la masse d'eau à des niveaux inférieurs à celui de la chambre.Les raccords présentent des réservoirs télescopiques à extrémité ouverte se déployant et se rétractant axialement par rapport aux raccords respectifs, ces raccords et réservoirs étant munis de vannes actionnées par flotteurs disposés près de la chambre et respectivement des ouvertures des réservoirs, chaque vanne étant agencée pour permettre un écoulement dans le sens de la chambre vers la masse d'eau lorsqu'elle est ouverte et empêcher l'écoulement dans le sens opposé lorsqu'elle est fermée.Il existe d'autres vannes dans les moyens de décharge de l'eau d'aval et elles sont adaptées pour équilibrer la pression régnant dans les réservoirs avec celle de la masse d'eau lorsque les vannes respectives des réservoirs sont fer mées. n prévoit un moyen d'entrainement pour déployer et rétracter les réservoirs respectifs et des moyens de commande qui sont reliés au moyen d'entraSnement et qui agissent par celui-ci, d'une part pour déployer et rétracter alternativement et séquentiellement les réservoirs respectifs autour de l'en- veloppe, chaque réservoir étant soumis à une période d'arrSt entre ses phases respectives de rétraction et de déploiement quand le réservoir est totalement rétracté, et oui agissent d'autre part pour contrôler la cadence de déploiement et de rétraction des réservoirs respectifs ainsi que la longueur de leurs périodes d'arrêt en fonction du niveau de l'eau dans la chambre. Chaque réservbir est également conçu pour se trouver au repos en équilibre dans la masse d'eau, et le nombre de raccords et de réservoirs est fonction du nombre de canaux d'amenée et de turbines de telle sorte que les réservoirs déchargent collectivement l'eau d'aval des turbines à une cadence adaptée pour maintenir le niveau de l'eau dans la chambre entre des limites prédéterminées. Des moyens de commande peuvent se composer de deux détecteurs de niveau d'eau placés près des limites respectives du niveau de l'eau dans la chambre. Le moyen d'entrainement peut comprendre une vis pour chaque réservoir parallèle à l'axe du raccord correspondant et un moyen reliant le réservoir et la vis pour transformer la rotation de la vis en un mouvement de translation sur la partie du réservoir. Chaque réservoir peut comporter plusieurs éléments tubulaires télescopiques dont le plus interne vient en contact avec le raccord correspondant. Dans un tel cas, la vanne d'équilibrage de la pression peut être disposée sur les raccords et les éléments tubulaires les plus externes. On peut prévoir une vanne régulatrice dans chaque canal d'amenée pour régler le débit. La centrale peut comprendre, de plus, une pompe reliée entre la chambre et chaque réservoir pour la mise sous pression de l'eau dans le réservoir quand la vanne placée dans le réservoir est fermée. De même la centrale peut comporter un moyen pour verrouiller la vanne de chaque réservoir en position fermée et un moyen pour la déverrouiller lorsque le réservoir se trouve dans son état totalement déployé. La centrale peut être munie d'une hélice à pales, placée à l'extrémité ouverte de chaque réservoir, et d'un moyen relié entre le propulseur et le moyen d'entrainement pour faire tourner ladite hélice lorsque le réservoir se déploie augmentant ainsi la poussée du réservoir dans le sens de son déploiement. D'une façon analogue, la centrale peut comprendre une conroche mobile sur chaque raccord et un moyen relié entre la courorzle mobile et le moyen d'entraînement pour la faire tourner lorsque le réservoir correspondant se déploie et donc augmente la poussée de l'eau d'aval sur le réservoir dans le sens de son déploiement. lies raccords peuvent être prévus sur des axes horizontaux; ils peuvent être disposés sur des axes verticaux. L'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux dessins annexés. La fig. 1 est une coupe transversale verticale partielle d'une centrale selon l'invention. lia fig. 2 est une coupe transversale de la centrale prise suivant la ligne 2 2 de la fig.1. La fig. 3 est une vue analogue prise suivant la ligne 3-3 de la fig.1. La fig. 4 est -une autre vue analogue prise suivant la ligne 4-4 de la fig.1. La fig. 5 est une coupe transversale partielle quelque peu agrandie de l'ensemble de décharge d'eau d'aval s'étendant verticalement dans la centrale de la fig.1 lorsque le réservoir correspondant de l'ensemble se trouve dans son état rétracté. La fig. 6 est une vue analogue à la fig.5 de l'ensemble de décharge lorsque le réservoir correspondant se trouve dans son état déployé. La fig. 7 est une coupe transversale partielle de l'ensemble de décharge prise suivant la ligne 7-7 de la fig.5. La fig. 8 est une coupe transversale partielle prise suivant la ligne 8-8 de la fig.5. La fig. 9 est une coupe transversale partielle quelque peu agrandie d'un ensemble de décharge d'eau d'aval orientée horizontalement dans la centrale de la fig.1 lorsque leréservoir correspondant se trouve dans son état rétracté. La fig. 10 est une coupe transversale partielle agrandie du réservoir de la fig. 5 après rotation dans un plan de coupe différent. La fig. 11 est une perspective partiellement arrachée du réservoir des fig. 5 à 8 et 10. Aux dessins annexés, la centrale, selon l'invention, comprend une enveloppe colonnaire 20 présentant une partie de dessus 21 de plus grand diamètre. L'enveloppe se dresse dans une masse d'eau et est posée sur une plate-forme 67 reposant sur plusieurs pieds réglables 38. L'enveloppe comprend intérieurement un puits d'ascenseur 37 placé en son centre et elle délimite des chambres annulaires supérieure et inférieure 41 et 41' dont chacune se trouve à un niveau inférieur à celui de la surface de la masse d'eau. L'enveloppe définit également plusieurs canaux d'amenée 26 pour chaque chambre et chaque canal d'amenée débouche dans la masse d'eau en des emplacements 25 espacés à la périphérie de l'enveloppe entre le niveau de la chambre respective et la surface de la masse d'eau.Les groupes respectifs de canaux d'amenée sont suivis par des générateurs hydroélectriques 29 ou 29' comportant des turbines 31 ou 31' qui sont disposées dans les canaux d'amenée et qui déchargent leur eau d'aval dans la chambre respective par plusieurs tubulures d'aspiration verticales 32 correspondantes. L'eau d'aval est à son tour déchargée de la chambre par plusieurs raccords 46 prévus sur l'enveloppe, qui communiquent avec la chambre et débouchent dans la masse d'eau à un niveau inférieur à celui de la chambre. Les raccords portent des réservoirs télescopiques 33 ouverts à leurs extrémités et analogues à des bagues. Les réservoirs 33 sont prévus pour pouvoir être déployés et rétractés axialement par rapport aux raccords 46 respectifs, afin de disperser l'eau d'aval lorsque celle-ci s'accumule dans la chambre correspondante. La chambre supérieure 41 et les canaux d'amenée, turbines, raccords et réservoirs constituent un premier groupe énergétique, tandis que la chambre inférieure 41' et les canaux d'amenée, turbines, raccords et réservoirs constituent un deu xième groupe énergétique 30. Cependant les raccords et réservoirs du groupe énergétique supérieur sont disposés sur des axes verticaux tandis que les raccords et réservoirs du groupe énergétique inférieur sont disposés sur des axes horizontaux. Chaque réservoir 33 comprend plusieurs éléments tubulaires télescopiques 48 et 49 dont le plus interne, l'élément 48, vient en contact télescopique avec le raccord 46 correspondant. Les raccords et réservoirs comportent des vannes 44 et 51 actionnéspar flotteur près de la chambre et respectivement aux extrémités des réservoirs et chacune des vannes permet un écoulement dans le sens de la chambre vers la masse d'eau lorsqu'elle est ouverte et empêche l'écoulement dans le sens opposé lorsqu'elle est fermée. Des vannes supplémentaires 77 (fig. 9 et 10) sont également placées sur les raccords et les éléments tubulaires 49 les plus externes et elles sont agencées pour équilibrer la pression régnant dans les réservoirs respectifs avec celle de la masse d'eau lorsque les vannes 51 des réservoirs sont fermées. Les réservoirs sont déployés et rétractés par des moyens de commande 23 et 23' prévus dans les groupes énergétiques respectifs. Chaque moyen de commande comprend une vis d'entrarnement 55 parallèle à l'axe du raccord correspondant. La vis 55 est entrainée par un moteur 57, par l'intermédiaire d'une boîte de vitesse 83, et elle entraîne le réservoir 33 par l'intermédiaire d'une patte 56' (fig.8) prévue sur l'élément tubulaire externe 49. La vis est ainsi en prise dans un manchon 56 de la patte et le manchon est taraudé pour transformer la rotation de la vis en un mouvement de translation de la partie de l'élément 49 et donc du réservoir 33. Le mouvement est guidé par la coopération de rails 72 et de pattes 82 prévus sur l'enveloppe 20 ou la pla-forme 67, et l'élément tubulaire externe 49. Des butées 81 limitent le mouvement de l'élément. Chaque chambre comprend un moyen de commande comportant deux détecteurs du niveau d'eau 42 et 42' et un inverseur 45 reliés au moyen de commande respectif pour déployer et rétracter les réservoirs selon une suite alternée autour de l'enveloppe, chaque réservoir étant soumis à une période d'arrêt entre les phases respectives de rétraction et de déploiement quand le réservoir est totalement rétracté. Les moyens de commande contrôlent également le taux de déploiement et de rétraction des réservoirs ainsi que la durée de leurs périodes d'arrêt en fonction du niveau de l'eau dans la chambre respective.En outre, chaque canal d'amenée comprend une vanne régulatrice 27 pour régler le débit, et le nombre de raccords et de réservoirs de chaque groupe énergétique est fonction du nombre de canaux d'amenée et de turbines dans le groupe énergétique de telle sorte que les réservoirs déchargent collectivement l'eau d'aval des turbines à un débit adapté pour maintenir le niveau de l'eau de la chambre entre des limites correspondant aux niveaux des détecteurs 42 et 42'. Chaque réservoir est également conçu pour se trouver au repos en équilibre dans la masse d'eau. Les fig. 5, 8, 10 et Il illustrent le moyen préféré pour obtenir ce résultat. Comme on peut le constater, chaque réservoir comprend plusieurs tubes 70 hermétiquement étanchéifiés et dont le volume est d'un rapport avec le poids du béton ou autre matière formant le réservoir tel que le volume de déplacement du réservoir équivaut en poids au même volume d'eau. L'élément tubulaire 48 est étanchéifié et présente un facteur de flottabilité fixe tandis que l'élément 49 est muni de cuves d'équilibrage 50 (fig.5 et 8) comportant des entrées et des sorties 79 (fig.5) au moyen desquelles le poids du réservoir peut être éventuellement réglé de temps en temps.Un circuit électrique (non feprésenté) est prévu dans les parois des réservoirs et est fermé lorsque le réservoir est rétracté et au repos de telle sorte que le réglage des cuves d'équilibrage peut être obtenu depuis une pièce centrale de commande (non représentée). A l'origine, lorsque la centrale est mise en fonctionnement, tous les réservoirs sont totalement rétractés sur les raccords et remplis d'eau. Cependant les chambres sont vides. Lorsque les vannes régulatrices 27 sont ouvertes et que de l'eau traverse les canaux d'amenée, l'eau d'aval des turbines se-décharge dans les chambres respectives et s'accumule au niveau du détecteur haut 42 de chaque chambre. A ce stade, le moyen de commande actionne le moyen d'entraînement respectif 23 et 23' qui, à son tour, entraîne les réservoirs selon une suite alternée comme on l'a indiqué. A mesure que chaque réservoir se déploie, la vanne 51 reste fermée et la vanne 44 s 'ou- vre permettant à l'eau de la chambre respective de stacúmuler dans le réservoir, ce qui maintient l'équilibre nécessaire pour ce réservoir. Finalement, lorsque le réservoir est entièrement déployé (fig.6), la vanne 44 flotte dans sa position de fermeture et ferme l'ouverture du raccord 46. En outre, lorsqu'elle se ferme,la vanne 44 actionne le commutateur 45 pour inverser le moyen d'entraînement du réservoir. Le réservoir se rétracte alors et, à mesure du déroulement de cette opération, la vanne 51 s'ouvre pour transformer le réservoir en un tube sans fond. Par la suite lorsque le réservoir est totalement rétracté sur le raccord, la vanne 51 flotte dans sa position de fermeture et ferme l'extrémité ouverte du réservoir, ce qui remet le réservoir sous la forme d'un tube fermé. Si le niveau de l'eau dans une chambre nécessite une modification dans la succession des réservoirs, le moyen de commande réalise cette opération, par exemple en raccourcissant ou en allongeant la période d'arrêt des réservoirs, ce qui change la cadence à laquelle la chambre est évacuée. Dans tous les cas chaque chambre est évacuée en continu et de l'énergie hydroélectrique est créée en 29 ou 29t lorsque de l'eau nouvelle est ajoutée à chaque chambre par les turbines placées au-dessus. Les réservoirs et les raccords sont munis d'hélices à aubes 52, 53, 59 et d'une couronne mobile 43 pour augmenter la poussée des réservoirs respectifs dans le sens de leur déploiement. Aux fig. 4, 5, 6, 9 et 10 on voit que les vannes 51 comportent chacune deux volets semi-circulaires qui sont arti culés sur l'ouverture d'extrémité de l'élément tubulaire 49 du réservoir respectif et agencés pour prendre appui contre l'ou verture lorsque l'eau a tendance à s'écouler en direction de la chamnre et pour pivoter et s'ouvrir lorsque l'eau tend à s'écouler en direction contraire. En outre, l'élément tubulaire 49 comporte un chemin de roulement 60 sur son bord antérieur et une hélice 52, 53, 59 est montée à rotation dans le chemin de roulement.L'hélice comprend un moyeu central 53 et plusieurs aubes ou ailettes 52 à pas variable qui portent une garniture 59 à leur périphérie.- La vis 55 du réservoir est reliée à l'hélice par une boite de vitesse 54 placée dans un bras 54' sur l'élément tubulaire externe 49, et, lorsque la vanne 51 est fermée, l'hélice est amenée à tourner dans le chemin de roulement pour augmenter la poussée du réservoir. Cependant, l'hélice est divisée en deux le long d'une ligne médiane per pendiculaire à la charnière dé la vanne 51, et les moitiés de l'hélice sont articulées sur le chemin de roulement 61 pour permettre à l'hélice de pivoter et s'ouvrir comme à la fig.6 en liaison avec la vanne 51.L'hélice est également actionnée par un flotteur pour lui permettre de se fermer en même temps que la vanne et un verrou est prévu dans le moyeu 53 pour fixer les moitiés de l'hélice l'une à l'autre lorsque la vanne et l'hélice se ferment. Le verrou est dégagé par une came 58 prévue sur l'enveloppe ou la plate-forme lorsque leréservoir est totalement déployé pour permettre à la vanne et à l'hélice de s 'ouvrir. Aux fig. 5-7, on voit que la vanne 44 est analogue à la vanne 51 et qu'un chemin de roulement 86 est prévu dans l'ouverture du raccord du côté de la vanne 44. Une couronne mobile 43 est logée dans le chemin de roulement et est entrainée par un moteur 39 agissant par l'intermédiaire d'une boite de vitesse 84 et d'un arbre moteur 85 pour augmenter la poussée du réservoir correspondant lorsque la vanne 44 est ouverte. Les éléments télescopiques 48 et 49 de chaque réservoir 33 sont séparés par des anneaux d'espacement 69 et 71 ( fig. 10 et 11 ), l'anneau 71,le plus en avant, est étanche à l'eau pour rendre étanche-le joint entre les éléments, et l'anneau 69, le plus en arrière, est perforé pour permettre à l'eau de pénétrer dans le joint. Une pompe haute pression 75 ( fig. 5, 6 et 9) est reliée entre chaque chambre et les parties internes de ses réservoirs associés 33 pour rendre possible une mise sous pression de réservoirs respectifs lorsqu'ils sont au repos, si on le désire. La pompe est reliée à la chambre par un conduit 76 sur son côté d'aspiration et à l'intérieur de chaque réservoir par un conduit 78 sur son côté de décharge. Cette dernière liaison fait saillie axialement de la paroi du raccord correspondant 46 et est munie d'une vanne 74. Les vannes 77 sont également prévues en tant que clapets anti-retour, de telle sorte que les réservoirs peuvent être mis sous une pression audessus de celle qui existe à l'extérieur des réservoirs, si on le désire. L'ouverture prévue dans chaque raccord est également controlée par un élément de fermeture 40 qui est entraîné par un moteur 66 pouvant être actionné depuis la pièce de commande de la centrale de sorte que chaque moyen de décharge de l'eau d'aval peut être mis à sec pour une inspection ou une réparation éventuelle. La partie de dessus 21 de l'enveloppe,rela tivemènt de plus grand diamètre, comprend une enceinte 22 sur son pourtour recevant les canaux d'amenée 26 du groupe énergétique supérieur. L'enceinte présente des ouvertures 68 (fig.2) de telle sorte qu'elle peut agir en tant qu'abri pour des embarcations.Les ouvertures 25 des canaux d'amenée sont protégées par des grilles et sont espacées de façon équidistante autour de la périphérie du groupe énergétique-;es régulateurs 27 des canaux d'amenée sont actionnés hydrauliquement en 28. Le groupe énergétique inférieur comporte un nombre analogue de canaux d'amenée qui sont pareillement espacés, de façon équidistante,autour de la périphérie. La surface de dessus 24 de l'enveloppe délimite une platp-forme de chargement et un mouillage temporaire pour des navires. Par une entrée 35 pratiquée dans la plate-forme, on a accès à un ascenseur 36 placé dans le puits 37. Le puits présente également d'autres entrées 35 dans sa paroi 34. La paroi comporte également des canaux 73 pour des circuits de commande à distance, etc. (non représentés). Au bas du puits de l'ascenseur, se trouve une chambre d'accès 63 pour l'entrée et la sortie de plongeurs, de même une chambre de décompression est prévue en 62 avec un caisson 64 pour les plongeurs. REVENDICATIONS 1 - Centrale hydroélectrique, caractérisée en ce qu'elle comprend une enveloppe colonnaire érigée dans une masse d'eau et définissant une chambre à un niveau inférieur à la surface de la masse d'eau et plusieurs canaux d'amenée qui débouchent dans la masse d'eau en des emplacements situés autour de la périphérie de l'enveloppe entre ledit niveau et la surface de la masse d'eau et qui se déchargent dans ladite chambre, un générateur d'énergie hydroélectrique comprenant des turbines dans les canaux d'amenée et des moyens pour décharger l'eau d'aval des turbines respectives comportant des raccords placés sur l'enveloppe, lesdits raccords communiquant avec la chambre, débouchant dans la masse d'eau à des niveaux inférieurs à celui de la chambre et portant des réservoirs télescopiques à extrémité ouverte se déployant et se rétractant axialement par rapport aux raccords respectifs, ces raccords et réservoirs étant munis de vannes actionnées par flotteur, disposées près de la chambre et respectivement des ouvertures des réservoirs, chaque vanne étant agencée pour permettre un écoulement dans le sens de la chambre vers la masse d'eau lorsqu'elle est ouverte et empêcher l'écoulement dans le sens opposé lorsqu'elle est fermée, des vannes supplémentaires étant prévues dans les moyens de décharge de l'eau d'aval et adaptées pour équilibrer la pression régnant dans les réservoirs avec celle de la masse d'eau lorsque les vannes respectives des réservoirs sont fermées, un moyen d'entraînement pour déployer et rétracter les réservoirs respectifs, et des moyens de commande reliés au moyen d'entraînement et agissant par celui-ci d'une part, pour déployer et rétracter alternativerent et séquentiellement les réservoirs respectifs autour de l'enveloppe, chaque réservoir étant soumis à une période d'arrêt entre ses phases respectives de rétraction et de déploiement quand le réservoir est totalement rétracté, et agissant d'autre part pour contrôlée la cadence de déploiement et de rétraction des réservoirs respectifs ainsi que la longueur de leurs périodes d'arrêt en fonction du niveau de l'eau dans la chambre, chaque réservoir étant également conçu pour setrouver au repos en équilibre dans la masse d'eau, le nombre de raccords et de réservoirs étant fonction du nombre de canaux d'amenée et de turbines, de telle sorte que les réservoirs déchargent collectivement l'eau d'aval des turbines à une cadence adaptée pour maintenir le niveau de l'eau de la chambre entre des limites prédéterminées. 2 - Centrale hydroélectrique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen de commande comprend deux détecteurs de niveau d'eau disposés près des limites respectives du niveau de l'eau dans la chambre. 3 - Centrale hydroélectrique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que chaque réservoir comprend plusieurs éléments tubulaires télescopiques dont le plus interne est en contact avec le raccord correspondant. 4 - Centrale hydroélectrique suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les vannes d'équilibrage de la pression sont disposées sur les raccords et les éléments tubulaires les plus externes. 5 - Centrale hydroélectrique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen d'entraînement comprend une vis pour chaque réservoir parallèle à l'axe du raccord correspondant et un moyen reliant le réservoir et la vis pour transformer la rotation de la vis en un mouvement de translation de la partie du réservoir. 6 - Centrale hydroélectrique suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'une vanne régulatrice est prévue dans chaque canal d'amenée pour régler le débit. 7 - Centrale hydroélectrique suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend, supplémentairement, une pompe reliée entre la chambre et chaque réservoir pour mettre sous pression l'eau dans le réservoir lorsque la vanne du-réservoir est fermée. 8 - Centrale hydroélectrique suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend supplémentairement un moyen pour verrouiller la vanne de chaque réservoir en position fermée et un moyen pour la déverrouiller, lorsque le réservoir se trouve dans son état totalement déployé. 9 - Centrale hydroélectrique suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une hélice placée à llextrémité ouverte de chaque réservoir, et un moyen relié entre l'hélice et le moyen d'entraînement pour la faire tourner lorsque le réservoir se déploie et donc augmenter la poussée du réservoir dans le sens de son déploiement. 10 - Centrale hydroélectrique suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte supplémentairement une couronne mobile sur chaque raccord et un moyen relié entre la couronne mobile et le moyen d'entraînement pour la faire tourner quand le réservoir correspondant se déploie et donc augmenter la poussée de liteau 'aval sur le réservoir dans le sens de son déploiement. Il - Centrale hydroélectrique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les raccords sont disposés sur des axes horizontaux. 12 - Centrale hydroélectrique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les raccords sont disposés sur des axes verticaux.