Brevet FR2455192A1 — publié le 19801121

La présente invention concerne la production de 1 ' énergie électrique ou motrice à partir de solides volumétriques creux flottant, entraînés en rotation par le fil naturel d'un cours d' eau. De tels solides volumétriques, ont été décrits notamment dans la Demande de Brevet français N0 77.10332 du 29 mars 1977 et dans sa première Addition N" 78.05781 du 21 février 1978, dont le titulaire est également le demandeur de la présente invention. On rappelle å cet effet que ces solides volumétriques pouvant flotter ou naviguer dans un cours d'eau naturel ou non, sont montés b rotation libre autour d'un axe fixe horizontal dont les extrémités débordantes sont reliées à un poste d'amarrage, tandis que leur périphérie comprend ou forme des aubes en vue de leur entraînement en rotation par l'énergie engendrée par le courant ou chûte d'eau. Ces solides volumétriques pouvant en outre être accouplés entre eux, autorisent intérieurement ou extérieurement, le montage d'une pluralité de générateurs électriques, d'une pompe hydraulique,pneumatique, ou de tout autre organe mécanique d'entraine- ment incorporé ou non, destiné d être accouplé d tout àppareil ou machine placé en dehors, par exemple sur la berge du cours d'eau. Selon l'invention, on a réalisé des aubages profilés reliant la périphérie de deux ou gusieurs coques tournantes montées sur un même axe fixe ou rotatif, et destinées à autoriser un rendement élevé en utilisant seulement l'énergie cinétique de l'eau, due å sa propre vitesse. Ce rendement optimum étant assuré par le profil symétrique et continu de chaque aube autorisant les changements de direction de la veine liquide sur un parcours actif important, de manière b prolonger et à reporter successivement l'action motrice de l'eau par effet non massif mais fluidique, ou écoulement laminaire. Selon une première caractéristique, chaque aube se présente avec une bande méplate disposée longitudinalement et profilée en forme de courbe sinusofdale formant ainsi des pales vriées formant des couloirs successifs opposés. Chaque aube étant décalée circulairement par rapport à l'aube voisine. Selon une autre caractéristique, un couloir axial surélevé transversalement par rapport à l'axe reliant les coques tournantes et disposé perpendiculairement à cet axe, se raccorde avec un ou au moins deux couloirs opposés disposés symétriquement et avec un écartement égal ou différent, de manière à autoriser le changement continu progressif et symétrique de direction de la veine liquide, en vue de son cheminement sur le profil de l'aube. Selon une autre caractéristique, les faces latérales de raccordement des couloirs opposés, sont disposées parallèlement ou en triangulation dans un même plan ou dans des plans différents, tandis que les couloirs proprement dits sont également orientés entre eux, soit parallèlement, soit obliquement. Selon une autre caractéristique, les parties terminales de chaque aube, se raccordent sur les parties sphdriques des coques tournantes en constituant une section effilée recourbée formant ou non goulots de fuite de la veine liquide, après son cheminement et guidage sur la surface profilée de l'aube. Selon une autre caractéristique, chaque aube établie par déformations successives d'une bande, présente à intervalles régu- liers, des pattes avec creusures demi-circulaires de centrage et éventuellement de points de fixation règlables sur l'axe fixe, en vue d'assurer le maintien longitudinal de l'aube et également son positionnement longitudinal précis ; lesdites pattes autorisant également la formation d'un intervalle libre entre l'axe et la partie déformée formant couloir, en vue du libre passage de l'eau. Selon une autre caractéristique et en variante, chaque aube se présente avec une bande méplate enroulée longitudinalement en hélice en forme de vis d'Archimède et de plus cintrée circulaire- ment et extérieurement sur la périphérie des éléments tournants de manière à constituer une couronne torique et hélicoIdale fixée par tout moyen connu et constituant de par chaque pale inclinée en hélice un profil progressif autorisant l'appui permanent et continu de la veine liquide par rapport à son axe directionnel par effet de viscosité ou fluidité dynamique Selon une autre caractéristique de la réalisation en variante, chaque couronne torique et hélicoidale est disposée symétriquement par rapport à la couronne voisine, dans le cas de deux coques juxtaposées de manière à former deux tores avec pales hé licoSdales à inclinaisons convergentes et symétriques par rapport à l'axe vertical médian. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la sui,e de la description. Pour fixer l'objet de l'invention, sans toutefois le limiter, dans les dessins annexés La figure 1 est à petite échelle, une vue en perspective d'un aubage profilé muni d'un empennage ati-coupe reliant deux solldes volumétriques, et réalisé selon l'invention. La figure 2 est à plus grande échelle, une vue extérieure de profil correspondant à la figure 1. La figure 3 est une vue de face illustrant la fixation, la cònformation et le montage de chaque aube par rapport à laxe reliant deux ou plusieurs solides volumétriques. La figure 4 est une vue de profil en coupe transversale, suivant la ligne A-A de la figure 3 > La figure 5 est une vue semblable à la figure 4, mais dans le cas de couloirs avec faces d'attaques incurvées. La figure 6 est à petite échelle une vue en perspective d'une bande découpée destinée à la formation d'une aube. Les figures 7 et 8 sont des vues en perspective illustrant 1' opération de cintrage de la bande par rapport à l'axe, en vue de l'obtention de l'aube selon l'invention. La figure 9 illustre en perspective le montage de l'aubage par rapport à l'axe. Les figures 10, 11 et 12 sont des vues schématiques de face illustrant différentes formes d'une aube et sa fixation par rapport 9 l'axe reliant deux solides volumétriques. La figure 13 est une vue schématique illustrant une réalisation d'aube en plusieurs éléments interchangeables et assemblés La figure 14 est une vue schématique illustrant la disposition de l'aubage de part et d'autre d'une seule coque flottante. La figure 15 est une vue schématique illustrant la disposition d'un aubage entre deux solides volumétriques de forme hémisphérique et pouvant contenir les mgcanismes de transformation de l'énergie. La figure 16 est une vue schématique illustrant des aubages modulaires sans axes, disposés de part et d'autre d'un solide volumétrique axial. Les figures 17 et 18 sont des vues schématiques illustrant la circulation et les changements de direction des veines de courant sur les parties successives convexes et concaves formées par chaque aubage : effet supposé ou réel des pertes de charge en friction. La figure 19 est à plus grande échelle, une vue schimati=ue de profil, l'llsWran; la circulation des veines d'au au dnit des positions circulaires des parties immergées d'un aubage. La figure 20 est à petite échelle une vue schématique illustrant un générateur entraînant de par l'intermédiaire d'un arbre de liaison, un appareil ou machine placé sur la berge. La figure 21 est à petite échelle une vue schématique illustrant l'entraînement d'un appareil ou machine placé sur la berge, par une pluralité de générateurs formant un nombre variable de modules. Des câbles montés en triangulation autorisant la répartition équilibrée de l'effort de retenue à partir d'un point fixe axial sur des paliers supportant l'arbre rotatif. La figure 22 est une vue schématique de face illustrant une réalisation en variante d'un aubage profilé sous forme d'une couronne torique à pâles périphériques hélicordales. Le tracé en traits interrompus illustre la mise en forme circulaire de l'aubage après l'enroulement en hélice d'une bande méplate ou profilée. La figure 23 illustre en une vue de face, la fixation, la conformation et le montage de deux aubages toriques et hélicoidaux réalisés selon la variante, sur des solides volumétriques accouplés entre-eux. Ce montage pouvant également se faire sur l'axe les reliant. La figure 24 est, à plus grande échelle, une vue extérieure de profil correspondant à la figure 23. Selon la présente invention, èt dans le cas de deux coques tournantes 1 et 2 reliées diamétralement entre elles par un axe 3 fixe ou éventuellement entraîné en rotation, lesdites coques 1 et 2 autorisent de par leur périphérie extérieure, la fixation d' un aubage de grande longueur formé d'une pluralité d'aubes 4 disposées circulairement et angulairement à intervalles réguliers de préférence. Ces aubes 4 étant en nombre variable en fonction du diamètre de l'aubage, de la vitesse du courant, ou de la puissance. Chaque aube 4 se présente comme illustré figures 3, 17 et 18, sous forme d'une bande méplate qui est judicieusement pliée et cintrée de préférence dans un même plan, pour constituer symétriquement et parallèlement par rapport à l'axe 3, une courbe sensiblement sinusoidale disposée en surélévation et formant des couloirs successifs et opposés 41 et 42 de préférence de mme profil. Cette courbe sinusoidale est en outre établie e pour constituer une syniétrie de couloirs par rapport à la partie médiane comprise entre les deux co > ues 1 et 2, de manière à permettre 7 iséparatlon du jet ou filet d'eau en parties égales, de part et d'autre du couloir médian et suivant le profil symétrique de la dite courbe jusqu'S l'évacuation de par les extrémités. Dans l'exemple illustré figure 3, le couloir central 41 de forme concave et de section demi-circulaire, se raccorde par des côtés transversaux rectilignes et paralleles 44 constituant également des points d'appui et de fixation sur l'axe 3, aux couloirs latéraux et opposés 42 de forme convexe, dont les extrémités terminales et effilées 4 sont vriées en hélice pour s'appliquer tangentiellement et se fixer par tous moyens connus sur la périphérie de chaque coque 1 - 2 correspondante. il faut considérer que les parties extrêmes de raccordement 45 de chaque aube 4, constituent ou non de par leur inclinaison due à leur positionnement non perpendiculaire mais oblique par rapport d l'axe 3, des augets 46 convergents ou divergents destinés à faciliter et àorienter la sortie du jet ou filet d'eau après son action de poussée sur toute la surface variée Il est bien évident que les parties extrêmes de raccordement 45 peuvent aussi éventuellement être disposées perpendicdairement à l'axe 3, de manière à obtenir une évacuation parallèle au sens du courant d'eau. Comme illustré figures 17 et 18, on remarque que sous l'action du courant, illustré par le tracé interrompu, les veines de courant changent deux fois de direction, en contournant, soit la section concave et médiane 41 comme illustré figure 17, soit les deux section opposées et convexes 42 ; lesdites veines se regroupant dans le fond desdites sections 42 ou de la section 41 suivant le cas, après avoir en perte de charge usé leurs forces vives. Il faut considérer que dans le sens tranversal, comme illustré figure 19, l'eau rassemblée dans les parties concaves 41 de chaque aube, tend de la position a à la positif b, à s'échapper vers l'axe 3 du générateur, donc à remonter et non à s'échapper vers le bas. Entre la position b et la position c, les veines d'eau ont alors un mouvement inverse qui consiste a' s'échapper vers le bas, tout en continuant à pousser l'aubage pour sa rotation, mais avec une vitesse diminuée, grâce à l'effet de friction générateur d'énergie. On remarque également que, selon la figure 19, chaque aube est décalée angulairement par rapport à l'aube voisine avec un angle d'incidence déterminé permettant d'obtenir un couple maximum dans le sens mateur. On note également que les côtés transversaux rectilignes et parallèles 44 de chaque aube 4, sont établis transversalement avec des prolongements formant pattes 47 avec creusures terminales 8 48 destinées à se centrer ou à se fixer sur la périphérie de 1' axe 3. Lesdites pattes 47 pouvant éventuellement recevoir des boitiers non représentés, avec intérieurement des moyens de roulement autorisant la libre rotation des aubes 4 solidaires des coques 1 et 2 par rapport à l'axe 3 qui reste fixe. Dans le but d'augmenter la surface d'attaque de chaque aube 4, le couloir central 41 ainsi que les couloirs latéraux et opposés 42, peuvent être réalisés transversalement avec des faces d' attaques non plus Dlates mais cintrées et arrondies transversalement en 43, comme illustré figure 5. De même chaque aube 4 peut être réalisée avec une dissymétrie de couloirs successifs dont par exemple, un couloir central de grande ouverture se raccordant avec des couloirs latéraux de même ouverture. De la même façon, les couloirs 41 ou 42 peuvent être de toutes sections, telles que partiellement rondes, comme illustré figure 10, ou encore très ouvertes, figure 11, ou resserrées, figure 12. Selon la figure 6, on réalise une aube 4 à partir d'une bande plate B judicieusement découpée avec successivement des pattes 47 avec creusures 48, disposées à intervalles réguliers pour correspondre à un cintrage successif et alterné constituant le profil sinusofdai, comme illustré figures 6 et 7. Cette bande plate peut également être double, comme illustré figure 9, de manière à constituer deux aubes opposées 5 et 51 avec pattes communes 52 engagées sur l'axe 6, et couloirs opposés; la partie convexe d'un couloir disposé d'un même côté de la bande correspondant à une partie encave du couloir symétriquement oppo séo Les aubes ainsi obtenues sont disposées circulairement et suivant un diamètre extérieur variable en fonction de la vitesse de rotation à obtenir ; en principe, un petit diamètre engendrant une grande vitesse de rotation, et inversement. On souligne également que ces aubes peuvent également être réalisées par moulage en un ou plusieurs éléments interchangeables assemblée entre eux comme illustré figure 13, et également par éléments modulaires, comme illustré figures 15 et 16 avec des coques de toutes formes et tous matériaux appropriés Ces aubes ainsi définies peuvent autoriser de par un courant ou chûte d'eau, l'entraînement en rotation de tout organe flottant -tel que boules munies de tout dispositif mécanique générateur d' énergie électrique, pompe hydraulique, pompe refoulante pneumatique, ou autre.Cet entraînement s'effectuant par l'intermédiaire de l'aubage agissant simultanément soit sur les coques et l'axe solidaire, soit uniquement sur les coques, l'axe restant dans ce cas fixe, soit encore uniquement sur l'axe, les coques restant immobilisées. il faut souligner également, comme illustré figure 14, que cet aubage peut s'appliquer å une seule coque, les aubes étant fixées symétriquement en opposition sur la périphérie extérieure et éventuellement sur l'axe débordant fixe ou rotatif. Selon une réalisation en variante illustrée figures 22 - 23 et 24, chaque aube se présente sous forme dlune couronne torique avec extérieurement et périphériquement une pluralité de pales hélicoldales. A cet effet, cette aube est obtenue à partir d'une bande méplate métallique 10 enroulée en hélice autour d'un axe longitudinal fictif 0, de manière à former à la façon d'une vis dtArchi- mède, une pluralité de pâles hélicoSdales 101 d'un même pas, et dont le nombre est fonction de la longueur périphérique développée des coques 1 ou 2 à entraîner. Chaque pâle 101 se présente soit perpendiculairement à l'axe fictif o, soit encore angulairement avec une largeur U variable compte tenu de la puissance d'entraînement à obtenir. Après formation des pâles 101 cet ensemble constituant une vis d'Archimède est ensuite enroulé autour de la coque 1 ou 2 et de préférence suivant un plan correspondant à son plus grand dite mètre pour constituer ainsi une couronne torique et hélicoïdale qui est fixée par tous moyens appropriés sur la périphérie de la dite coque perpendiculairement à l'axe 3. il est bien évident que cette aube peut être réalisée par une pluralité d'éléments hélicoïdaux assemblés entre-eux par rivetage ou autres moyens. Dans le cas d'une pluralité de coques 1 et 2 assemblées entreelles et tournant sur l'axe commun 3, chaque couronne torique et hélicoïdale est disposée symétrquement par rapport à la couronne voisine, comme illustré figure 23 de manière à permettre une convergence des pales par rapport à l'axe médian V-X Selon la figure 20, on a illustré un exemple d'application de l'aubage formant générateur hydraulique, pour 11 alimentation d'un générateur électrique G fixé sur la berge et relié mécaniquement à l'axe rotatif 3 par l'intermédiaire de cardans H. Suivant un autre exemple d'application, illustré figure 21, l'arbre moteur 3 est entraîné en rotation par une pluralité de générateurs d constitués d'éléments modulaires accouplés entre eux. Cet ensemble relié soit à un générateur G placé sur la berge, soit à tout autre appareil récepteur ou machine, tourne sur des points d'articulation P destinés à limiter la flexion de l'arbre 3. Une pluralité de câbles C disposés symétriquement en triangulation et entretoisés par des traverses C1, permet le répartition égale de l'effort du point fixe R aux paliers P. Il est bien évident qu'en dehors d'une production d'électricité, le générateur mécanique ainsi réalisé peut entraîner des récepteurs utilisant un couple élevé à basse vitesse, tels él6va- teurs de matériaux, treuils, pompe élévateur d'eau à godets, transporteurs... Ce dispositif d'aubage peut être complété par un empennage anti-couple autorisant le guidage de l'ensemble parallèlement au courant d'eau, tout en évitant le renversement de l'ensemble par suite de l'importance du couple résistant. Cet empennage est établi sous forme de deux plaques verticales 7 et 8 disposées latéralement et verticalement entretoisées entre elles par tringles 9 ou par tout autre moyen. Ces plaques 7 et 8 forment contre-poids en 71 et 81 à leurs extrémités arrière pour équilibrer l'ensemble flottant lors de la rotation de l'aubage. On note également que ces plaques 7 et 8 autorisent le centrage et le maintien des extrémités de l'axe fixe 3 ou encore sa libre rotation en formant paliers. Cet empennage pouvant recevoir tout organe fixe d'un moteur coopérant avec l'axe 3, dans le cas de son entraînement en rotation. Enfin, il est important de noter que le dispositif d'aubage tel que réalisé peut être entraîné en rotation par moteur, à seule fin d'assurer la propulsion d'un bateau ou autre engin flottant, Les avantages de ces dispositions ressortent bien de la des crip L ion. L'invention ne se limite aucunement à celui de ces modes d application, non plus qu'à ceux des modes de réalis-tion de ses diverses parties ayant plus spécialement été indiqués ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes REVENDIC-^.TION5 -1- Aubage profilé pour ltertraînement en rotation de coques vo lumétriques flottantes, carérisé par le fait que chaque aube, disposée circulairement et radialement entre les dites coques écartées l'une par rapport à l'autre, se présente sous forme d'une bande méplate profilée en forme de courbe sensiblement sinusoIda- le ou hélicoïdale pour présenter une symétrie de couloirs ou pales successifs et opposés autorisant le changement de direction de la veine liquide sur un grand parcours de manière a' prolonger l'action motrice de l'au grâce à l'effet de glissement et d'écoulement laminaire de celle-ci et non grâce à son effet de masse. -2- Aubage profilé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le couloir axial entre les coques est surélevé transversalement par rapport à l'axe reliant les dites coques tout en étant disposé perpendiculairement pour se raccorder symétriquement avec des couloirs opposés semblable ou non disposés suivant un écartement et une ouverture égaux ou différents de façon à profiter de l'écoulement laminaire. -3- Aubage profilé selon les revendications 1 et 2 prises séparément, caractérisé par le fait que les courbes extérieures formées par les couloirs, et formant faces d'attaques sont inclinées ou cintrées suivant leur largeur, et réalisées en toute section, afin d'obtenir une perte de charge optimale. -4- Aubage profilé selon les revendications 1, 2 et 3 prises séparément, caractérisé par le fait que les faces latérales de raccordement de couloirs successifs et opposés sont disposées perpendiculairement ou obliquement par rapport à l'axe reliant les coques avec ou sans inclinaison transversale. -5- Aubage selon les revendications 1, 2, 3 et 4 prises séparément, caractérisé par le fait que les parties terminales de chaque aube se raccordent avec les parties sphériques des coques tournantes en constituant une section effilée et recourbée formant goulots de fuite convergents ou divergents de la veine liquide après son cheminement et guidage laminaire sur la surface profilée de la bande oli elle a agi de façon fluidique. -6- Aubage profilé selon les revendications 1, 2, 3, 4 et 5 prises ensemble, caractérisé par le fait que chaque aube est établie par déformation successive d'une bande méplate présentant d'un côté des pattes débordantes et perpnndiculaires disposées à intervalles réguliers ou irréguliers avec en bout une creusure arrondie de centrage ou de fixation règlable sur l'axe fixe en vue d'assurer son maintien en plusieurs points ; les dites pattes autorisant la formation d'unintervalle libre entre l'axe et la partie inférieure de la dite bande, afin de permettre l'écoule- ment de l'eau ayant travaillé. -7- Aubage profilé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que chaque aube simple ou double est fixée d'une part de par ses extrémités sur les coques tournantes en formant goulots de fuite et d'autre part sur laxe fixe les reliant par l'intermédiaire de ses pattes débordantes formant ou non colliers. -8- Aubage profilé selon la revendication 1, caractérise par le fait que selon une réalisation en variante chaque bande est enroulée d'une part en hélice, à la façon d'une vis d'Archimède et ensuite appliquée et fixée circulairement sur la périphérie extérieure de chaque coque ou d'un axe reliant celles-ci, de manière à constituer une couronne torique et hélicoïdale constituant de par chacune de ses pâles inclinées disposées radialement et perpendiculairement à l'axe de rotation un profil continu autorisant par l'effet de glissement et d'écoulement laminaire, l'appui progressif de la veine liquide de manière à prolonger l'action motrice. -9- Aubage profilé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que chaque couronne torique et hélicoïdale est disposée symétriquement par rapport à la couronne voisine dans le cas de deux coques juxtaposées de manière à former deux tores avec pales hélicoidales à inclinaisons convergentes et symétriques par rapport à l'axe vertical. -10- Aubage profilé selon les revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 et 9 prises séparément, caractérisé par le fait que chaque aube est uniquement rendue solidaire de l'axe en vue de son entraîne- ment en rctatin par rapport ou non --ux coques Elot.antesb Aubage profilé selon les revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 et 9 prises séparément, caraztérisé par le fait que chaque aube est ou non uniquement rendue solidaire de coques flottantes, 1' axe restant fixe. -12- Aubage profilé selon les revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 et 9 prises séparément, caractérisé par le fait que chaque aube est réalisée par moulage en un ou plusieurs éléments interchangeables assemblés entre-eux, de mêmes modules ou de modules différents. -13- Aubage profilé selon les revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 et 9 prises séparément, caractérisé par le fait qu'il comprend un empennage anti-couple sous forme de plaques verticales formant contre-poids, disposées latéralement et entretoisées pour autoriser le centrage et maintien des extrémités tournantes ou non de l'axe. -14- Aubage profilé selon les revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 et 13 prises séparément, caractérisé par le fait qu'il peut être entraîné en rotation en vue d'assurer la propulsion d'un bateau ou autres engins flottants le supportant.