Brevet FR2454540A1 — publié le 19801114

La présente invention concerne les Barrages, dont on propose la réalisation suivant des nouveaux principes de Génie Civil, processus technologique de la circulation de l'eau et conduite a distance, par dispositifs électroniques. En France et dans beaucoup de pays d'Europe, la réalisation des Barrages Hydrauliques a eté en grande partie abandonnée, la priorité étant accordée aux Centrales Nucléaires. Cela malgré les dangers que comportent de telles usines pour la vie des populations, car l'on nta pas une suffisante expérience pourmaîtriser les éventuels accidents, qui peuvent arriver en cas de défaillances. Parmi les multiples raisons ayant abouti au ralentissement de l'hydraulique en France et en Europe, il y a celui que les sites propices à l'aménagement de chutes d'eau, pouvant fournir d'importantes sources d'énergie, sont devenues de plus en plus rares. En opposition avec les conceptions de Génie Civil, des Barrages classiques restés traditionnels, par contre la technologie de la réalisation industrielle des turbines et-turbo-pompes à écoulement axial, a fait des grands progrès, pour s'adapter à la nouvelle situation, imposant l'utilisation de sources energétiques, de plus en plus basses. L'invention propose une nouvelle solution de Barrage, pouvant être emplacé en pleine mer ou océan, et de cette façon avoir l'avantage de bénéficier, de sources d'eaux inépuisables. Dans ce sens en Angleterre et au Japon sont en cours des programmes d'expérimentation pour l'utilisation des vagues à l'animation de générateurs montés sur des barges. La France a fait aussi des grands efforts pour l'utilisation de l'énergie maritime, la construction de l'usine marémotrice de la Rance, constituant, une importante contribution technologique et scientifique dans ce domaine. Le Barrage Flottant, faisant l'objet de cette invention, simplifie au maximum les travaux de Génie Civil, par le fait que celui-ci se trouve détaché du sol (donc pas de fondations coûteuses) et ne dispose plus d'une retenue d'eau statique, par murs ou énormes écluses (plus de poussées latérales), d'où résultent des énormes économies, jamais réalises jusqu'à présent. Le Barrage Flottant est composé des éléments suivants : Son front est formé par une cloche d'Alimentation (1) sous vide, formant réservoir, dotée d'une série de compartiments en dépression (2), ayant chacun dans leur milieu une pompe hélice (3) avec des bouches dhbsorption (4) et des soupapes de non retour (5) permettant l'entrée de l'eau de mer dans les compartiments de la cloche (1). Les moteurs (6) et autres dispositifs de réglage de vitesse, etc, se trouvent err.olacés dans des espaces étanches (7), situés au-dessus du niveau moyen de la mer. Les pompes hélices (3), ont à l'extrémité une puissante tuyere d'injection (8), munie d'une aiguille (9) et de ressorts (10), permettant le réglage de la vitesse du jet d'eau, sa direction étant guidée par déflecteurs (il). En prolongement la structure dispose d'une chambre de mélange, (12), où s'effectue la rencontre des veines injectées (13) et aspirées '(14), V. Pl. N V- VI.6 de sorte que c'est un fluide homogene, doté d'énergie cinétique, qui ?asse dans le distributeur (15), à travers ses aubes (17), se transforme en énergie mécanique actionnant les pales de la turbine Bulbe (16),situes en plan et coupe dans le centre d'un cercle de rayon variable L'accès de la turbine (16), pour les réparations courantes s'effectue par un cockpit (18), situé au-dessus du puits d'accès au générateur , paliers, etc., l'ensemble du distributeur (15), étant doté encore d'une tuyere (20), d'une série de conduits d'aspiration (21) débouchant sur une nouvelle chambre de dépures sion (22) situé à l'aval du rotor. Pour les réparations importantes, l'ensemble turbine-distributeur inclut la tuyere d'injection, peuvent être démontés et transportés par flotteurs en usine. La maniabilité de la structure en mer, par rapport aux vents dominants, houles, marées, etc., est assurée par un mat de retenue en forme de fourche (23), et des flotteurs (24), reliés au corps principal du Barrage par une poutre horizontale (25). L'ensemble est attaché au sol par une base préfabriquée en béton (26), disposant d'une liaison articulée par joint universel (27), d'autres articulations flexibles (28) assurant la liaison du mat avec la poutre horizontale. Le Barrage Flottant s'inspire dans sa conceptioù de l'Aopareil à Jet, qui permet la circulation des fluides sous vide, sa structure étant composée de 3 importantes parties A. La cloche d'alimentation (1) avec ses pompes (3), inclut son premier dis positif d'injection-absorbtion sous vide. B. La turbine (16) avec son distributeur (15), inclut son deuxième dispositif d'injection-absorbtion sous vide, et C. L'aspirateur-diffuseur Pour passer à la description du fonctionnement de ce type de Barrage, il faut encore tenir compte, que le poids volumique des fluides aspirés et injectés, sont tres différents, conformément à la Fl. II-6, Fig. 2 à savoir : Ye (Poids volumiques, cloche d'alimentation), Ys (P.V. aspiration turbine), Yt (refoulement diffuseur), et où Ye De même on note encore que les débits respectifs, seront les suivants : Q'e (alimentation), Q's (aspiration pompes), Q't (refoulement pompes), Q (total pompes + turbine), Qe, Qs, Qt (débits respectifs de la turbine. Concernant le coefficient de rendement de l'ensemble il sera le résultat du rapport Q's + Qs Q'e + Qe La mise en marche du Barrage Flottant suit approximativement le cours suivant A. Opérations de lancement du Barrage Flottant 1. La cloche d'alimentation (1), avec l'ensemble de la structure est plongée en mer, pour faire sortir l'air, et obtenir son emplacement convenable audessus du niveau moyen maritime. On prendra soin encore, qu'à la partie supérieure de la cloche, un vide soit réservé par-dessus le H = 10 m., pour prévenir la concentration des vapeurs saturées. 2. On procède à la mise en marche des pompes hélices (3) et le liquide de poids Ye et Y's, afflue par la tuyère de la pompe (8), dont l'axe se trouve endessous du plan du liquide. Celui-ci sort de la tuyere (8) avec une vitesse dle- jection (13) proportionnelle à la racine carré du niveau h'e multiplier par la puissance de chaque pompe, celles-ci étant en nombre de quatre. La différence entre la pression atmosphérique et celle existant dans l'étranglement, entrain l'aspiration (14) du liquide contenu dans le compartiment (2), ce qui entraîne l'ouverture des soupapes de non retour (5). Le remplissage simultané du fluide dans les compartiments (2), se fera aussi bien par les bouches d'absorption (4) des pompes, que pour combler le vide existant sous la cloche 3.Dans la chambre des mélanges (12) s'effectue le mixage, et ltegalisation de la quantité du mouvement des marticules des deux veines (13 et 14). L'énergie cinétique est partiellement convertie en énergie de pression par lesubes il7), du distributeur (15) et mettent en marche les pales de la turbine (16). 4. La sortie des fluides, par la tuyère (20), provoque unënouvelle dépression (22), qui aspire les fluides se trouvant dans le distributëur (15) et encore loin derrière dans la chambre de mélanges (12) et les compartiments (2) de la cloche (1), pour les renvoyer dans le diffuseur. B. Fonctionnement du Barrage avec tous dispositifs lancés 5. La mise en marche des pompes et l'intensité de leurs pressions maximales, est nécessaire au début pour vaincre les foces d'inerties existantes dans le fluide existant dans le Barrage. Au moment où les dispositifs sont lancés, la force de pression des débits Qe et Qs de la turbine (sensiblement égaux), sont suffisants pour maintenir le débit Q total nécessaire, un simple appoint de débit fourni par les pompes étant suffisant pour faire basculer, par absorption le liquide se trouvant sous la cloche sous vide, et rompre son équilibre pour entraîner le mouvement pendulaire de la marche de l'ensemble. 6. En marche normale, le fonctionnement donc des pompes, sera maintenu à un rythme ralenti, leur rôle étant réduit à celui d'injecter et de diriger la direction des fluides. Pour l'exécution d'une telle structure, l'industrie Océanique a fait des grands progrès, à l'occasion de lexecution des Plate-formes de Recherches Pétrolières dans la Mer du Nord et autres parties du Monde. La France a participé d'une façon très intense à cette activité, ayant une importante industrie d'exécution de travaux offshore, qui dispose de tout le savoir faire, pour résoudre les plus difficiles problèmes de construction en pleine mer. En conclusion, la présente invention, après la réalisation d'une suite d'expériences nécessaires à faire sur modèle réduit, en cas de résultats favorables va nous permettre la reprise sur une grande échelle de la production d'énergie électrique par l'hydraulique, et nous élibérer des charges qui pèsent sur nous, à la suite de l'importation du pétrole ANNEXE I Estimation approximative Prix au 1.4.1979 a. Hypothèses de calcul structure métallique du Barrage Flottant s'inscrivant dans un cercle de R = 30 m., inclus flotteurs et Tonnes 500, mat d'arrimage turbine type "Caderousse" a pales mobiles Chute 10m. ; Débit 411 m3/s ; Puissance 32,5 M.W.; 0 Roue 6,9 m. ; Vitesse de rotation de la turbine 600, et de l'alternateur 93,8 t.m. Pompes Hélice type Worthington MS 4, - Volume Total du liquide contenu dans 12 Barrage, 12 000,- m dont sous la cloche (1) = 5 000 m3 b. Estimation de prix - Carcasse de la structure inclus flotteurs et mat 500 T. x 20 000,- F = 10 000 000,- F turbine "Caderousse" 600 T. x 35 000,- F. = 21 000 000,- F - Générateur Turbine Global F. 5 000 000,- F pompes Hélices + moteurs + tuyère injection 4 pièces x 2 mil. F. = 8 000 000,- F - Transport, installations, Base préfabriquée etc., Global = 3 000 000,- F Total 47 000 000,- F 10 % suppléments et non prévu 4-700 000,- F 51 700 000,- F Honoraires bureau d'Etude 7 % 3 733 000,- F Total général 54 433 000,- F Global Rond 54 000 000,- F Soit 54 000 000,- F : 32 500 kw = 1 661 F.kw Global Rond kw = 1 670,- F Note : Plus réduit que le Thermique Classique Charbon 600 MW au prix de 1 750,- F/MW (prix au 1.1.1977) d'après une étude E.D.F. 1977/78 concer nant l'évolution du coût du nucléaire et du kw fuel. Revendications 1. Ensemble industriel composant un Barrage Flottant, permettant la transformation de l'énergie hydraulique maritime en énergie mécanique et électrique. Caractérisé par le fait que le dispositif est composé de 3 grandes parties une cloche d'alimentation (1), une chambre de mélange (12) avec une turbine à écoulement axial de type Bulbe (16) et un aspirateur-diffuseur (19). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la cloche d'alimentation (1), est composé d'une série de compartiments en dépression (2), ayant chacun dans son axe une pompe hélice (3), avec des bouches d'absorption (4), des soupapes de non retour (5), les moteurs des pompes (6) et autres dispositifs de régulation étant emplacés, dans des chambres étanches (7). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les pompes hélices (3) sont munies d'une tuyère d'injection (8), dotées d'une aiguille (9), de ressorts (10), et d'un déflecteur (Il), permettant le dosage, de varier I'intensité du jet et- de régler sa direction, sous vide. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la chambre de mélange, permet de réunir les fluides injectés (13) et aspirés (14), assurant leurs-mixages favorables. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la turbine Bulbe à écoulement axial (16) est de type connu étant fabriquée en France et dans autres pays, mais que par contre, l'ensemble du distributeur (15) est d'un nouveau type, parce que doté d'une tuyère eentrale d'éjection (20) et de conduits latéraux d'aspiration (21) débouchant dans une chambre périmétrique cylindrique en dépression (22), sous vide. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les écoulements des fluides injectés (13) et aspirés (14) s'introduisent dans le diffuseur par des voies d'accès différentes avec injection au centre par la tuyère (20) et aspiration latérale périmétrique (22). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la systématisation de la circulation des fluides, empêche toute interférence, croisement, formation de tourbillons, etc., augmentant d'une façon considérable le rendement du diffuseur. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le décalage qui s'opère entre le mouvement de poussée-injection (13), et celui drabsorptionirage (14), dont il est l'effet, et le suit toute suite après, établitunva et vient, provoquant dans l'ensemble du dispositif, une coulée sans fin des fluides, stimulé par une moindre poussee des pompes hélices (3). 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'aspirateur-diffuseur (19), est emplacé à un angle d'environ 300, par rapport au niveau maritime, et sa section d'ouverture en aval, se trouve bien plus bas que le niveau du rotor de la turbine, ce qui améliore considérablement son rendement. 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le positionnement en mer ou océan du Barrage Flottant est fait à l'aide de 2 flotteurs (24), reliés à la structure principale par une poutre horizontale (25), celle-ci étant reliée à la base (26), par un mat de retenu (23). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que la liaison du mat de retenue (23), avec la base se fait par un joint universel (27) et 2 autres joints latéraux (28) servent pour la liaison avec la poutre horizontale (25).