Brevet FR2463296A1 — publié le 19810220

L'invention concerne une turbine à injection et vitesse réglable. Dans les turbines à débit constant, c'est-à-dire alimentées en permanence par le même débit de fluide , il est difficile de faire varier la vitesse de rotation du rotor sans modifier la puissance ou le rendement de la turbine. Les turbines à injection comportent de manière connue une partie mobile en forme de roue ou rotor munie d'aubes ou d'augets qui sont entraînés en rotation par un jet de fluide provenant d'une tuyère d'admission. Le jet de fluide vient frapper les augets et il est important de noter que la vitesse de rotation desdits augets est directement fonction de la vitesse de propulsion du fluide à la sortie de la tuyère d'admission. C'est en effet la force vive du fluide qui transmet le mouvement. Le problème à résoudre est donc de pouvoir modifier la vitesse du rotor tout en ayant un débit constant du jet de fluide. Le pro blème inverse peut se poser lorsqu au contraire on désire maintenir une vitesse sensiblement constante du rotor malgré les variations de débit du fluide. Les moyens connus qui ont été envisagés sont les suivants, en dehors bien sûr de tous les régulateurs ou variateurs de vitesse aménagés en amont de la turbine. Tout d'abord il est possible de dériver une partie du fluide entre l'amont et l'aval de la turbine au moyen d'une vanne réglable. De cette manière on fait varier le débit de la tuyère d'admission et donc la vitesse du jet pour une tuyère donnée. Ce système présente évidement le grave inconvénient de supprimer une partie importante de la puissance de la turbine. Pour une turbine alimentée à débit constant il est clair qu'on supprime le débit constant et que l'on diminue la puissance. Il est également possible d'utiliser une tuyère réglable à aiguille ou un brise jet à doigt mobile. Ces types de moyens permettent de modifier le diamètre de passage de la tuyère et, par ce fait, la vitesse d'injection du fluide. Toutefois, ces moyens entraînent de lourdes pertes de charge. En outre, tous ces moyens connus ne permettent pas une grande plage de réglage ni un réglage fin de la vitesse. C'est pourquoi l'inv.ention propose une turbine à injection et vitesse réglable comportant un rotor à aubes ou augets, une canalisation d'admission de fluide munie d'une tuyère et une canalisation d'évacuation pour ledit fluide remarquable en ce qu'elle comporte au moins une dérivation principale branchée sur la canalisation d'admission et destinée à dériver une partie du fluide eut à la réinjecter sur le rotor sensiblement dans le sens de rotation de ce dernier, c'est-à-dire en pression, ladite dérivation comportant en outre un robinet ou vanne de réglage du débit de fluide ainsi dérivé. Il est très important de noter que l'injection de la dérivation est effectuée en pression et non en contre pression, ce qui en tramerait des pertes de charge et des perturbations importantes. I1 est clair qu'ainsi le débit admis dans la turbine n'est pas modifié et, par conséquent, le couple et la puissance de la turbine restent inchangés. Par contre, la.modification du débit de la tuyère entraine une variation de la vitesse du jet et donc de la vitesse angulaire du rotor. Le réglage du robinet ou de la vanne qui équipe la dérivation permet de modifier le débit de celle-ci et donc la vitesse du rotor pour un débit constant de la canalisation d'admission. De même il est possible au contraire de conserver une vitesse constante du rotor malgré une variation du débit de la canalisation d'admission en réglant ledit robinet en fonction de la modification dudit débit. Un mode de réalisation préféré dans lequel la tuyère d'admission est dirigée de manière sensiblement tangentielle par rapport au mouvement rotatif du rotor est remarquable en ce que la dérivation principale débouche sur le rotor du côté diamétralement opposé à la tuyère d'admission tandis que celle-ci et ladite dérivation à l'en- droit où elle débouche dans la turbine sont sensiblement parallèles et dirigées en sens inverse. De préférence, pour disposer d'un réglage supplémentaire la dérivation principale est pourvue en amont de son robinet de réglage, d'une dérivation secondaire munie également d'un robinet ou vanne de réglage, par exemple manuel et qui réinjecte le fluide qu'elle dérive sur le rotor, sensiblement dans le sens de rotation de ce dernier, c'est-à-dire en pression. Cette dérivation secondaire permet une injection du même type que celle de la dérivation principale. En outre, l'inventeur a découvert de manière surprenante qu'il était souhaitable que les aubes soient percées sensiblement en leur centre de manière telle que le jet du fluide d'admission vient frapper plusieurs aubes en même temps. Cette disposition particulière permet de diminuer les pertes de charge et d'augmenter en conséquence le rendement. Généralement la vanne ou robinet de réglage de la dérivation principale est combiné avec un dispositif de réglage automatique ou manuel. L'invention est toutefois plus particulièrement destinée aux turbines à débit constant et vitesse modulée. Une des applications d'une turbine selon l'invention est l'équipement d'un dispositif d' irrigation par aspersion à enrouleur et comportant un tuyau dont l'une des extrémités est munie d'un moyen d'aspersion monté sur un chariot, et dont l'autre extrémité est branchée sur la canalisation d'évacuation d'eau de la turbine, une bobine d'enrouIement commandée en rotation par la turbine étant en outre prévue pour stocker et entraîner ledit tuyau qui s'enroule ainsi progressivement au cours de l'aspersion de la surface à irriguer tandis qu'un palpeur à bras aménagé sur la bobine se déplace en fonction de la variation du diamètre de cette dernière due à l'enroulement ou au déroulement du tuyau.Une turbine selon l'invention pour cette application est remarquable en ce que le réglage de l'ouverture et de la fermeture du robinet de la dérivation principale est commandé par le mouvement du palpeur qui est transmis audit robinet par un système de leviers et/ou de bielles de manière telle que ledit robinet s'ouvre ou se ferme progressivement en fonction de l'augmentation ou respectivement la diminution du diamètre de la bobine et donc que la vitesse angulaire d'enroulement de la bobine diminue progressivement en même temps que l'augmentation dudit diamètre, la plage de variation du débit du robinet étant choisie de manière à conserver, grâce à cette variation de la vitesse angulaire, une vitesse linéaire d'enroulement du tuyau sensiblement constante pour assurer un arrosage régulier sur toute la surface à irriguer. Toutefois, dans un mode de réalisation destiné à maintenir la vitesse constante en fonction d'un débit variable, le dispositif de réglage de la dérivation principale comporte un débitmètre placé dans la canalisation d'admission de manière à commander le robinet de réglage en fonction du débit mesuré et obtenir ainsi'une vitesse constante de la turbine quelque soit le débit du fluide. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre en référence au dessin annexé dans lequel La figure 1 montre schématiquement une turbine selon l'invention destinée à équiper un appareil d'irrigation par aspersion à enrouleur. La figure 2 est une coupe partielle et radiale de la turbine et montre une aube particulière selon l'invention. La figure 1 représente schématiquement une turbine 1 comportant de manière connue un rotor 2 pourvu à sa périphérie d'augets ou aubes 3. L'alimentation du fluide, en l'occurrence ici de l'eau, s'effectue par une canalisation d'admission 4 et l'évacuation par une canalisation 5. Lesdites canalisations 4 et 5 sont en fait raccordées à des canalisations faisant partie intégrante dè la turbine. La canalisation d'admission 4 est équipée d'une tuyère 6, éventuellement réglable dont l'axe est sensiblement tangentiel au cercle décrit par le centre des aubes 3. Une dérivation principale 7 est connectée sur la canalisation d'admission 4 pour dériver selon la flèche F' une partie de l'eau qui alimente la turbine selon la flèche F. La dérivation 7 débouche dans la turbine du côté diamétralement opposé à la tuyère 6 et, comme celle-ci, de façon sensiblemerxt tangentielle au cercle décrit par les aubes 3. Dans les positions représentées de la tuyère et de la dérivation, celles-ci débouchent dans la turbine selon des directions parallèles mais avec des sens opposés, de telle sorte que le jet injecté par la dérivation est en pression, c'est-à-dire dans le sens de rotation du rotor. La dérivation 7 est équipée d'un robinet ou vanne de réglage 8 pourvu d'une manette d'actionnement 11 tandis qu'en amont de ce robinet est branchée une dérivation secondaire 9 munie d'un robinet de. réglage 10. A l'embranchement de la dérivation secondaire 9, une partie de l'eau peut être dérivée dans celle-ci selon les flèches F"'et/ou dans la canalisation principale 7 selon les flèches F", La dérivation secondaire 9 débouche dans la turbine de la même façon que la tuyère 6 et la dérivation 7, c'est-à-dire en pression et tangentiellement au mouvement des aubes. Il est apparu en outre particulièrement avantageux et contre toute idée reçue de perforer les aubes 3 sensiblement en leur centre comme le montre la figure 2. Le fonctionnement de la turbine qui vient d'être décrite est clair. A partir d'un débit constant de fluide provenant de la canalisation 4, il est possible de modifier le débit de la tuyère 6 en ouvrant le robinet 8 et/ou le robinet 10. Le robinet 10 de la dérivation 9 permet par exemple de régler au départ la vitesse de rotation de la turbine en fonction du débit dont on dispose et la vitesse constante désirée et le robinet 8 de faire varier cette vitesse en fonction d'un impératif quelconque. Il est bien entendu toutefois que la modification des débits, par canalisation, ne change pas le débit total qui se retrouve intégralement dans la canalisation d'évacuation 5, c'est-à-dire que l puissance n'est pas modifiée. Il est également envisageable, à partir d'un débit variable dans la canalisation 4 de commander le robinet 8, au moyen par exemple d'un débitmètre, pour conserver une vitesse sensiblement constante de la turbine. Toutefois, l'invention est plus particulièrement destinée à équiper un dispositif d'irrigation par aspersion à enrouleur comme il a déjà été dit. Dans ce cas, lteau qui est injectée dans la turbine et qui ressort par la canalisation 5 est ensuite envoyée dans le tuyau muni de l'asperseur. On dispose donc généralement d'une source à débit constant et c'est la même eau qui sert à l'irrigation et à l'entrainement de la turbine. Cette dernière entraîne en rotation, généralement par l'intermédiaire d'un variateur, la bobine schématisée en 18 et sur laquelle s'enroule le tuyau. I1 est clair qu'au fur et à mesure de 1' augmentation du diamètre de la bobine, la vitesse linéaire d'enroulement augmente.C'est pourquoi il est nécessaire de diminuer progressivement la vitesse angulaire de la turbine en fonction de l'aug- mentation dudit diamètre afin de conserver un arrosage régulier (quantité d'eau par unité de surface). Pour obtenir ce réglage, un palpeur 12 sous forme d'un rouleau 13 et d'un bras 14 vient s'appuyer sur la bobine (18). Le bras 14 du palpeur est articulé autour d'un point fixe 15 et pivote, selon la double flèche montrée sur la figure 1, en fonction du diamètre de la bobine. Le tuyau s'enroule sur la bobine au moyen d'un bras baladeur qui vient convenablement le placer. Le diamètre de la bobine varie en fait par à coup, à chaque nouvelle couche de tuyau qui s'enroule. Le bras 14-est solidaire d'un levier 16 auquel est articulé une bielle 17 accouplée à la manette 11 du robinet 8. Dans la position représentée, le robinet 11 est par exemple fermé ou presque fermé, ce qui correspond à une bobine vide ou presque vide. Au contraire, dans la position représentée en traits interrompus 16', 17', le palpeur s'est déplacé pour venir ouvrir le robinet 8 d'une valeur qui est fonction de l'importance de son mouvement, c'est-à-dire du diamètre de la bobine 8. Un dispositif de ce genre permet une grande souplesse et une bonne plage de variation, ce qui est utile étant donné les quantités d'eau nécessaires et différentes selon les terrains et les cultures. L'application qui vient d'être décrite n'est évidemment pas la seule. En outre, de nombreuses modifications ou variantes peuvent être imaginées sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1) Turbine à injection et vitesse réglable comportant un rotor (2) à aubes (3) ou augets, une canalisation d'admission (4) de fluide munie d'une tuyère (6) et une canalisation d'évacuation (5) pour ledit fluide caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une dérivation principale (7) branchée sur la canalisation d'admission et destinée à dériver une partie du fluide et à la réinjecter sur le rotor sensiblement dans le sens de rotation de ce dernier, c'est-à-dire en pression, ladite dérivation (7) comportant en outre un robinet (8) ou vanne de réglage du débit de fluide ainsi dérivé. 2) Turbine selon la revendication 1 dans laquelle la tuyère d'admission (6) est dirigée de manière sensiblement tangentielle par rapport au mouvement rotatif du rotor caractérisée en ce que la dérivation principale (7) débouche sur le rotor du côté diamétralement opposé à la tuyère d'admission (6) tandis que celle-ci et ladite dérivation à l'endroit où elle débouche dans la turbine sont sensiblement parallèles et dirigées en sens inverse. 3) Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisée en ce que la dérivation principale (7) est pourvue en amont de son robinet de réglage (8), d'une dérivation secondaire (9) munie également d'un robinet (10) ou vanne de réglage, par exemple manuel et qui réinjecte le fluide qu'elle dérive sur le rotor, sensiblement dans le sens de rotation de ce dernier, c'est-à-dire en pression. 4) Turbine selon l'une quelconque des renvendications 1 à 3 caractérisée en ce que les aubes (3) sont percées sensiblement en leur centre de manière telle que le jet du fluide d'admission vient frapper plusieurs aubes en même temps. 5) Turbine selon l'une quelconque des renvendications 1 à 4, à débit constant caractérisée en ce que la vanne ou robinet de réglage (8) de la dérivation principale (7) est combiné avec un dispositif de réglage automatique ou manuel. 6) Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 destinée à équiper un dispositif d'irri;gation par aspersion à enrouleur et comportant un tuyau dont l'une des extrémités est munie d'un moyen d'aspersion monté sur un chariot, et dont l'autre extrémité est branchée sur la canalisation d'évacuation d'eau de la turbine, une bobine d'enroulement (18) commandée en rotation par la turbine étant en outre prévue pour stocker et entraîner ledit tuyau qui s' enroule ainsi progressivement au cours de l'aspersion de la surface à irriguer tandis qu'un palpeur (12), à bras (14) aménagé sur la bobine se déplace en fonction de la variation du diamètre de cette dernière due à l'enroulement ou au déroulement du tuyau, turbine caractérisée en ce que le réglage de l'ouverture et de la fermeture du robinet (8) de la dérivation principale (7) est commandé par le mouvement du palpeur (12) qui est transmis audit robinet par un système de leviers et/ou de bielles (16, 17, 11) de manière telle que ledit robinet (8) s'ouvre ou se ferme progressivement en fonction de l'augmentation ou respectivement la diminution du diamètre de la bobine (18) et donc que la vitesse angulaire d'enroulement de la bobine diminue progressivement en même temps que l'augmentation dudit diamètre, la plage de variation du débit du robinet étant choisie de manière à conserver, grâce à cette variation de la vitesse angulaire, une vitesse linéaire d'enroulement du tuyau sensiblement constante pour assurer un arrosage régulier sur toute la surface à irriguer. 7) Turbine selon la revendication 5 caractérisée en ce que le dispositif de réglage comporte un débitmètre placé dans la canalisation d'admission (4) de manière à commander le robinet de réglage (8) en fonction du débit mesuré et obtenir ainsi une vitesse constante de la turbine quelque soit le débit du fluide.