Brevet FR2514832A1 — publié le 19830422

Centrale hydro-électrique mobile. La présente invention concerne une centrale hydroélectrique mobile du genre de celles montées sur des flotteurs disposées sur un cours d'eau, une rivière, un fleuve, par exemple. Des centrales hydro-électriques sur flotteurs connues ont des roues hydrauliques utilisant la poussée linéaire du cours d'eau pour la transformer en force motrice rotative continue. Si elles n'ont pas été utilisées en grand nombre c'est quelles n'avaient pas de dispositif éloignant de la centrale, les branches, bûches, troncs d'arbres, morceaux de bois et autres ; leur accumulation devant les centrales provoquait des avaries arrêtant leur fonctionnement. La centrale hydro-électrique, objet de la présente invention, évite ces inconvénients tout en offrant nombre d'avantages. Elle comporte un bras balayeur muni d'un volet pivotant qui absorbe la poussée linéaire du courant d'eau et la transforme en mouvement de va-et-vient, Ces mouvements sont utilisés pour pomper de l'eau du cours d'eau et pour l'élever dans un réservoir situé en hauteur sur la base flottante. L'eau chutant de ce réservoir, avant de s'écouler dans le cours d'eau, actionne une turbine qui entraine une génératrice de courant électrique. Cette centrale met ainsi à disposition une source d'énergie considérable, peu coûteuse, peu exploitée et non polluante. Le bras balayeur comporte une grille qui suit les mouvements dudit bras et éloigne de la centrale les branches, troncs d'arbres, déchets et autres. I1 sert de support à un volet pivotant transformant la poussée linéaire du courant d'eau en mouvements de va-et-vient du bras balayeur. Ce dernier actionne les pistons d'une pompe, effectuant ainsi l'élévation de l'eau dans le réservoir situé au-dessus de la centrale. I1 est prévu de munir la centrale d'un cadre supportant des volets en forme de grilles actionnés par le bras balayeur. Ce dernier, en effectuant ses mouvements, agit sur ces volets en éloignant leur extrémité libre vers l'extérieur du cadre. Les dessins annexés montrent à titre indicatif, non restrictif, une réalisation pratique de l'invention. La figure 1 représente une perspective de la centrale montée sur deux flotteurs. La figure 2 représente un schéma du bras balayeur avec les détails de ses commandes. La figure 3 représente une vue en coupe de détail du dispositif de bloquage de la came qui retient le volet absorbant la poussée de l'eau. La figure 4 représente une vue en coupe du vérin commandant les mouvements du volet qui absorbe la poussée-de l'eau. La figure 5 représente une vue en coupe de l'axe de pivot des vérins hydraulique avec les rainures de transfert du liquide de ces vérins. La figure 6 représente un schéma du cadre avec grilles et du bras balayeur actionnant ces grilles. La figure 7 représente une perspective partielle du cadre avec grilles et du dispositif de leur commande. La figure 8 représente le dispositif d'arrêt du bras balayeur immergé. L'appareil montré sur la figure 1 comprend deux flotteurs 1 et 2 parallèles, assemblés par une plaque de base 3 et par une traverse avant 4. Le flotteur 1 porte latéralement, à l'avant, un anneau 5 équipé d'un câble d'amarrage 6. Le flotteur 2 supporte à l'arrière un gouvernail 7 pivotant sur un axe 8 traversant ledit flotteur. Ce gouvernail permet l'orientation de l'appareil suivant le cours d'eau. Un autre gouvernail peut équiper le flotteur 1. Au-dessus des flotteurs et prenant appui sur eux par deux pieds fixes 9a, 9b, se trouve un réservoir circulaire 10 dans lequel débouche un tuyau ll d'alimentation en eau. La traverse 4, reliant les deux flotteurs 1 et 2, supporte un bras balayeur 12 qui pivote autour d'un axe 13 fixé en son centre. Le bras balayeur 12 dépasse, à l'avant, la tra verse 4 d'une grande longueur ; à son extrémité est fixée une grille 14 ; l'autre extrémité du bras balayeur 12 ne dé passe que d'une distance calculée pour l'implantation commune 16 de la tête de piston de deux pompes symétriques 15 dont les cylindres sont reliés par des bielles 15a, respectivement articulées aux flotteurs 1 et 2, au niveau de leur jonction avec la traverse 4. Ces pompes 15 sont actionnées par les mouvements latéraux du bras balayeur 12 et aspirent l'eau du fleuve par les tuyaux 17 et 18 montrés figure 2 pour alimen ter le réservoir 10. L'eau du réservoir est amenée à une turbine 19, im plantée sur la plaque de base 3, par une conduite forcée 20 et fait tourner cette turbine qui entraîne la génératrice 21 pour produire du courant électrique. L'eau est évacuée et versée dans le fleuve par le tuyau 22. Sur la figure 2 on voit également que les pompes 15 comportent des tuyaux de refoulement 23, 24, reliés par des tuyaux flexibles non représentés au tuyau 25 lui-même rac cordé au tuyau 11 d'alimentation du réservoir (figure 1). La grille 14 est fixée sur le bras balayeur 12 par un support 26 et par des vis 27. L'avant du bras balayeur 12 est tra versé par un axe 28 sur lequel sont articulés, au-dessus du bras balayeur, une came 29 et, au-dessous dudit bras, un vo let pivotant 30 solidaire de ladite came et équipé, sensible ment en son milieu, d'un axe 31 auquel s'articule la tête d'un vérin 32 dont le liquide est en rapport avec un circuit hydraulique commun à deux autres vérins 33 et 34, fixés de façon mobile aux flotteurs 1 et 2 par des axes 35. Le circuit hydraulique du système s'effectue par des conduites 36 et 37 traversant un raccord étanche pivotant 38, puis la tige creuse des pistons 39, 40 et enfin des perçages appropriés dans lesdits pistons 41 et 42. Le liquide passe ainsi alternativement d'un vérin dans l'autre. Sa circula tion est réglée par des robinets 43 et 44 situés sur les conduites 36 et 37 entre le raccord étanche pivotant 38 et un distributeur rotatif 45 reliant les deux tiges creuses 39 et 40 des vérins 33 et 34 ainsi que par des ressorts 46 et 47 qui occupent l'intérieur desdits vérins. La mise en action des robinets de commande 43, 44 du circuit hydraulique s'effectue par des moyens mécaniques, leviers, tiges, biellettes en fonction de la force exercée sur le volet pivotant 30 par le courant du fleuve dans lequel est immergé l'appareil et qui déclenche le mouvement du bras balayeur 12. Les moyens mécaniques mis en oeuvre comprennent, outre le volet pivotant 30 et la came 29, deux leviers 48, 49 articulés chacun sur un axe 50 solidaire du bras balayeur 12 ; une des extrémités libres de chaque levier 48 et 49 est munie d'un galet 51 qui butte contre les foltteurs 1 et 2, tandis qu'à l'autre extrémité s'articule une tige 52 ou 53 au bout de laquelle est fixé un goujon 54a ou 54 susceptible de pénétrer dans une des ouvertures pratiquées dans la came 29 (seule l'ouverture 55 a été représentée sur la figure 2). Lesdits moyens comprennent également deux tiges 56 et 57 reliées par une biellette 58 articulée à une de leurs extrémités, tandis que l'autre extrémité porte un galet 59 à ressort qui pousse les tiges 56, 57 contre la surface périphérique de la came 29. En se référant à la figure 3 qui représente en détail le dispositif de blocage du volet pivotant 30, on constate que ce dispositif est constitué par le goujon 54 qui pénètre dans une des ouvertures, notamment 55 de la came 29, et par une cale biaise 60 dont la rampe 61 est susceptible de contraindre le goujon à se dégager de la came. A cet effet, le goujon 54 est monté sur un ressort 62 retenu prisonnier entre une rondelle 63 coaxiale au goujon 54 en butée contre une plaque 64 et un support 65 à travers lequel le goujon peut aller et venir. La plaque 64 que traverse legoujon 54 sert de base à la cale biaise 60, laquelle comporte un ressort 66 en butée contre une goupille transversale 67, de sorte que ledit ressort 66 rappelle constamment la cale 60 en fin de sa course qui correspond à la position haute du goujon engagé dans l'ouverture 55 de la came 29. L'extrémité 61a de la rampe 61 de la cale biaise est reliéee à celle de la tige 52 ou 53 en rapport avec le levier respectivement 48 ou 49 de l'appareil. Sous l'effort de traction exercé par la tige 52 ou 53 la cale biaise 60 coulisse entre la came 29 et la plaque de base 64 de sorte que sa rampe 61 progresse sur un galet 68 solidaire du goujon 54 et monté perpendiculairement à celui-ci, sensiblement au milieu de la hauteur qu'il occupe entre la came 29 et la plaque de base 64. On comprend que ce coulissement contraint le goujon à un mouvement du haut vers le bas qui le dégage de la came, à l'encontre du ressort 62 qui tend à le faire remonter, tandis que le ressort 66 repoussera la cale 60 au fond de sa course dès que la traction exercée par la tige 52 ou 53 cessera. La figure 4 montre une coupe du vérin 32 commandant les mouvements du volet pivotant 30. Ce vérin comporte un alésage 69 qui lui permet de tenir de façon mobile sur le raccord étanche pivotant 38 et par lequel s'effectue le transfert du liquide hydraulique. La tige 70 porte un piston 71 et son extrémité opposée 72 est alésée pour sa retenue mobile sur l'axe 31 situé sur le volet pivotant 30 (figure 2X Un ressort 73, logé entre le piston 71 et un piston libre 74 régnant au fond du vérin, permet au volet 30 de pivoter en ralentissant son mouvement. L'axe de pivot 45, montré en coupe sur la figure 5, est un distributeur rotatif vissé sur le bras balayeur 12 par son nez fileté 45a. Il sert de support aux extrémités des tiges 39 et 40 des vérins 33 et 34 et de raccord permettant le transfert du liquide hydraulique provenant desdits vérins 33 et 34 vers le vérin 32. Les extrémités des tiges 39 et 40 logées sur le dstributeur 45 et maintenues en place par les écrous respectivement 75 et 76 comportent des bagues d'étanchéité 77. Les extrémités des conduites 36 et 37 sont vissées dans le corps du distributeur 45 qui est percé, dans le prolongement des conduites, d'alésages verticaux respectivement 78 et 79 débouchant par des coudes creusés horizontalement 80 et 81 dans des gorges annulaires 82 et 83. Une des gorges 82 permet le transfert du liquide hydraulique provenant du vérin 33 par le perçage 84 en rapport avec le perçage de la tige 39 dudit vérin 33. L'autre gorge 83 permet le transfert du liquide hydraulique provenant du vérin 34 par le perçage 85 en rapport avec celui de la tige 40 dudit vérin 34. Pour arrenter et ou remettre en route le mouvement du bras balayeur 12 lorsqu'il est immergé on a prévu d'utiliser le dispositif illustré figure 8 et qui comprend un vérin 86 situé en A sur la figure 2, intercalé sur la conduite 36 par exemple, entre les vérins 32 et 33, et un système de leviers 87, biellette 88 et crochet de blocage 89. La tige 90 du piston 91 se termine par une chape 92 dans laquelle repose et s'articule le levier 87 à poignée boule, tandis que le boîtier du cylindre du vérin se prolonge en haut par une autre chape 93 pour le repos et l'articulation d'une biel-lette 88 à laquelle est articulé le levier 87. Le crochet 89 peut pivoter à droite et à gauche d'un axe 94.Le vérin 86 qui comporte un ressort intérieur 95, assure ou non la circulation du liquide hydraulique 96 qui, en se déplaçant entre les vérins 33 et 32 de la figure 2, transite dans ce vérin 86. Lorsqu'on libère le levier de blocage 87 de son crochet 89, le piston ne subit que la pression du ressort 95 du vérin laquelle est inférieure à la résistance du vérin 32. La pression du liquide hydraulique, au lieu de faire basculer le volet pivotant 30, comprime le ressort 95 dudit vérin 86. De ce fait le volet pivotant 30 ne peut pas changer de position ; il en résulte l'immobilisation du bras balayeur 12, ce qui signifie l'arrêt de la centrale. Lorsqu'on abaisse le levier de blocage 87 et qu'on le verrouille avec son crochet 89, le liquide hydraulique contenu dans le vérin 86 s'écoule dans le vérin 32 et actionne le volet pivotant 30 qui assure à nouveau les mouvements de va-et-vient du bras balayeur 12. Tant que le piston 91 du vérin 86 est bloqué, le transit du liquide hydraulique s'effectue normalement entre les vérins 33 et 32, et la centrale fonctionne. Dans une variante de réalisation de l'invention on a imaginé d'équiper l'appareil d'un système de grilles à volets mobiles vu en plan par-dessus sur la figure 6 et dont la figure 7 illustre à plus grande échelle les détails des articulations. Comme montré figure 6, le bras balayeur 12 est monté sur des cadres 97, 98 symétriques réunis par une de leurs extrémités dans une articulation commune 99 autour de la quelle le bras balayeur peut pivoter ; leur autre extrémité est fixée sur un axe 113 solidaire des flotteurs 1 et 2. Le bras balayeur est toujours muni à l'avant de sa grille 14 et équipé d'un volet pivotant 30 autour d'un axe 28 commandé comme précédemment par un vérin 32 axé en 31 sur le volet et en 38 sur ledit bras balayeur. Les commandes hydrauliques et les vérins 33 et 34 de la figure 2 ne sont pas représentés sur la figure 6 où leur emplacement est réservé sur les supports 100. Les volets en forme de grilles sont logés de façon mobile entre les cadres 97, 98 et sont constitués par deux traverses 101 reliées par des barreaux 102. Au centre de chaque volet est intercalée une plaque pleine 103. Chaque volet 101, 102 forme les deux noeuds extrêmes 104 d'une charnière retenue entre les cadres 97 et 98, tandis que son noeud central 105 supporte un étrier 106 retenant entre ses branches une chape 107 dans laquelle s'articule un axe 108 porteur d'un galet central 109.C'est à une barre de transmission 110 que sont fixées toutes les chapes 107. Cette barre est découpée d'ouvertures rectangulaires permettant le passage exclusif des galets 109 dont l'axe 108 vient en butée contre ladite barre. L'étrier 106 du premier volet-grille équipant chacun des cadres 97 - 98 se prolonge obliquement en direction du bras balayeur 12 par une chape 111 porteuse d'un galet 112. Le fonctionnement de ce système de grilles mobiles est basé sur le contact des galets symétriques 112 avec les flancs du bras balayeur 12 dont les mouvements alternatifs latéraux sont transmis par lesdits galets 112 aux étriers 106 lesquels s'écartent, poussent la barre de transmission 110 par les axes 108, tandis que les galets 109 vont percuter la partie pleine 103 des volets, y roulent ce qui provoque le déboîtement des volets. Alternativement chaque cadre droit et gauche 97 - 98 transmet le balayage du bras 12 et fait ouvrir les volets-grilles. Des dispositifs de réglage sont prévus permettant de synchroniser les mouvements des différents éléments de la centrale pour assurer son bon fonctionnement lequel nécessite sa mise en place sur un fleuve et son ammarrage à la rive par le câble 6 figure 1. Il convient de l'orienter dans le sens du courant par positionnement convenable du gouvernail 7. Le volet pivotant 30 est immergé, il est solidaire de la came 29 bloquée en position par le goujon 54a. Le volet 30 fuit ainsi la poussée linéaire du courant d'eau vers la gauche suivant la résultante, en poussant le bras balayeur 12 vers la gauche ce qui a pour effet de comprimer le liquide hydraulique ainsi que le ressort 46 dans le vérin 33 entraînant avec lui le levier 48 qui tire sur la tige 52 et arrache le goujon 54a de son logement 55 dans la came 29 comme il a été expliqué plus haut.La came libérée, le volet 30 pivote et s'oriente suivant le courant d'eau. Le liquide hydraulique du vérin 32 est évacué à travers le raccord étanche pivotant 38, la conduite 37, le robinet 44, et le distributeur rotatif 45, dans le vérin 34. Le mouvement pivotant du volet 30 est de ce fait ralenti environ sur la moitié de son parcours. La came 29 étant solidaire du volet 30 tourne autour de l'axe 28, et, à la moitié de sa course, actionne le support de galet 59a et ferme le robinet 44. En mQme temps elle actionne le support de galet 59 et ouvre le robinet 43. Sous la pression du ressort 46 le liquide hydraulique du vérin33 s'écoule à travers le distributeur 45, le robinet 43, la conduite 36 et le raccord pivotant étanche 38, dans le vérin 32. Ce dernier pousse le volet 30 vers son fond de course gauche, le goujon 54 rentre dans l'ouverture 55 de la came 29 ou elle bloque par conséquent le volet 30 dans cette position où de nouveau il est sollicité par la poussée du courant d'eau et fuit cette fois vers la droite où le processus déjà décrit se reproduit à l'inverse et ainsi se continuent les mouvements alternatifs de va-et-vient du bras balayeur 12 qui actionne chaque fois les pistons des pompes 15 élevant ainsi l'eau du fleuve dans le réservoir 10. Cette eau en s'évacuant passe par la conduite forcée 20, actionne la turbine 19 qui entraîne la génératrice 21 produisant du courant électrique, puis retombe dans le fleuve. Cette centrale hydro-électrique mobile peut être utilisée sur des courants d'eau tels que ruisseau, rivière, fleuve, pour fournir de l'énergie électrique. Dans sa version simplifiée, sans turbine et sans génératrice elle peut être utilisée comme station de pompage alimentant un réseau d'irrigation. Elle apporte une solution simple, efficace et robuste au problème de l'énergie. I1 va de soi que des modifications peuvent être apportées à la centrale qui vient d'être décrite, notamment par substitution de moyens techniques équivalents sans que l'on sorte pour cela du cadre de la présente invention. Revendications. 1 - Centrale hydro-électrique mobile, disposée sur un cours d'eau et comprenant une plateforme (3) supportée par des flotteurs (1, 2), caractérisée par le fait qu'elle comporte un bras balayeur (12) animé d'un mouvement de va-etvient au moyen d'un volet pivotant (30) mû par la poussée linéaire du courant d'eau, que le mouvement aternatif dudit bras (12) actionne des pompes (15) qui puisent de l'eau et l'élèvent jusqu'à un réservoir (10) situé au-dessus de la plateforme (3), que la chute de cette.eau provoque la rotation d'une turbine (19) entraînant une génératrice (21) de courant électrique, fixées sur la plateforme (3), que l'eau pompée dans le cours d'eau peut être aussi dirigée, au moyen de tuyaux, vers un réseau d'irrigation et/ou une station de distribution. 2 - Centrale hydro-électrique suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le bras balayeur (12), pivotant sur un axe (13) porté par une traverse (4) reliant les flotteurs (1, 2), est accouplé auxdits flotteurs par deux vérins hydrauliques (33, 34) qui communiquent avec un troisième vérin hydraulique (32) actionnant le volet pivotant (30), par l'intermédiaire d'un distributeur rotatif(45), de canalisations (36, 37) et d'un raccord pivotant (38),des robinets (43, 44) étant intercalés sur les canalisations. 3 - Centrale hydro-électrique suivant la revendication 2, caractérisée par le fait que les tiges des vérins (39, 40) sont percées coaxialement pour qu'ils communiquent avec le distributeur rotatif (45). 4 - Centrale hydro-électrique suivant la revendication 2, caractérisée par le fait que l'extrémité du corps du vérin (32) est percé coaxialement pour qu'il communique avec le raccord pivotant (38) où aboutissent les canalisations (36, 37). 5 - Centrale hydro-électrique suivant les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que le bras balayeur (12) supporte une came (29) de commande des robinets (43, 44), accouplée solidairement au volet pivotant (30) qui la meut quand elle n'est pas verrouillée par des doigts (54) manoeuvrés par des tiges (52, 53) accouplées a' des leviers (48, 49) prenant appui, par des galets (51), contres les extrémités libres des flotteurs (1, 2) et articulés au bras balayeur (12) par des axes (50). 6 - Centrale hydro-électrique suivant les revendications 2 et 5, caractérisée par le fait que la came (29) manoeuvre des tiges (56, 57) accouplées aux robinets (43, 44) par des biellettes (58), que lesdites tiges comportent des galets (59) qui s'appuient contre le profil de la came (29). 7 - Centrale hydro-électrique suivant la revendication 5, caractérisée par le fait que les extrémités des tiges (52, 53) sont reliées à des cales (60) à ressorts (66) formant des rampes biaises (61) coopérant avec des galets (68) pour manoeuvrer les doigts (54) et leur faire échapper des orifices (55) de la came (29) dans lesquels ils ont pénétré sous l'action de ressorts (62). 8 - Centrale hydro-électrique suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que l'extrémité du bras balayeur (12) située en aval de son articulation (13) comporte un axe (16) de fixation commune des deux tiges des pistons respectifs des pompes (15) comportant chacune un tuyau d'aspiration (17) et un tuyau de refoulement (23) communiquant avec le réservoir (10) par une canalisation (25). 9 - Centrale hydro-électrique suivant la revendication 5, caractérisée par le fait que le distributeur rotatif (45) est creusé de gorges annulaires (82, 83) qui communiquent avec des perçages coudés (78 - 81) auxquels aboutissent les canalisations (36, 37) et qui correspondent avec les per çages (84, 85) respectifs des tiges (39, 40) des vérins (33, 34). 10 - Centrale hydro-électriques suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que l'extrémité libre du bras balayeur (12) située en amont de son articulation (13) est équipée d'une ou plusieurs grilles (14). 11 - Centrale hydro-électrique suivant la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle est équipée de deux cadres (97, 98) fixés aux flotteurs (1, 2) supportant des volets mobiles en forme de grilles (101) manoeuvrés par les mouvements alternatifs du bras balayeur (12) auquel les cadres (97, 98? sont fixés et que des supports (100) solidaires desdits cadres permettent la fixation des vérins (33,34) 12 - Centrale hydre-électrique suivant la revendication 11, caractérisée par le fait que les grilles (101) sont manoeuvrées par des étriers (lOb) à galets (109) accouplés par une barre (110) que commande un des étriers muni d'un coude (111) retenant un galet (112) en appui contre le bras balayeur (12). 13 - Centrale hydro-électrique suivant la revendica1, caractérisée par le fait que les flotteurs (1, 2) sont équipés de gouvernails (7) et de crochets (5) pour fixer les anneaux de câbles d'amarrage (6). 14 - Centrale hydro-électrique suivant la revendication 1, caractérisée par lé fait que le réservoir (10) communique avec la turbine (19) au moyen d'un tuyau (20) pourvu de robinets de réglage du débit d'eau et qu'un autre tuyau (22) en assure l'évacuation dans le cours d'eau. 15 - Centrale hydro-électrique suivant la revendications 1, caractérisée par le fait qu'elle est équipée d'un dispositif susceptible d'arrêter le mouvement alternatif du bras balayeur (12) à volonté. 16 - Centrale hydro-électrique suivant la revendication 15, caractérisée par le fait que le dispositif d'arrêt comprend un vérin (86) intercalé sur le circuit hydraulique des vérins (32 - 34), muni d'un piston dont la course à l'encontre d'un ressort (95), est susceptible d'être bloquée par un levier (87) articulé à l'extrémité de la tige (90) du piston et retenu par un crochet (89).