Brevet FR2603070A1 — publié le 19880226

La présente invention concerne les générateurs et les pompes à turbine à tuyaux. Les types connus de ces groupes sont caractérisés par le petit rendement (moins de 50(7o dans le cas des générateurs hydrauliques), surtout si les conditions optimales ne sont pas respectées. Les groupes selon l'invention sont composés de cavités hydrauliques (1, 2) sur les surfaces de rotation (10,11, 13, ['0]) desquelles, intérieures (10, II) et/ou extérieures (13), sont disposées les entrées-sorties (ou tuyères) à fente plane (ou étroite) (3, 4, 5, 6) (au moins une) des conduits (ou tuyaux) (9, 15, 16) suivant leurs génératrices (10, 11, 13, [20] - Fig.2) et sous un angle le plus petit possible aux surfaces de rotation ; en outre, ils peuvent comporter une turbine (7-8), dont les parties (demi-turbines) (7,-8) ayant une forme rotative coïncident, au moins sur un secteur (10, 11), avec l'enveloppe /surface/ (10, 11) d'une des cavités avec entrée-sortie en forme de fente (3, 4) (c'est-à-dire l'entrée et/ou la sortie du tuyau (9) de la turbine a une forme de fente). Les tuyaux des turbines sont caractérisés par leur forme spiroïdale (Fig.l) par rapport à l'axe de la turbine et (dans le cas d'un générateur) par l'inversion de leur direction de rotation lors du franchissement de la frontière (12) entre demi-turbines. Le nombre des fonnes concrètes des tuyaux des turbines et donc des turbines elles-me-mes est assez important /et donc la forme rotative est choisie en fonction de la forme du tuyau/. C'est pourquoi nous nous limitons à l'exemple concret des turbines de forme cylindrique (--8, 19) /qui sont théoriquement les plus efficaces/. Dans une turbine plusieurs tuyaux peuvent être disposés. La turbine (7-8, 19) peut être fixe. La cavité (2) peut être ouverte. La forme du tuyau entre l'entrée et la sortie n'a pas d'importance, mais si la demi-turbine remplit la fonction d'entrée dans le générateur, il y a intérêt à augmenter sa section linéairement à partir de l'axe et vers la périphérie /plutôt à partir de la sortie et vers l'entrée de la turbine (Fig.l)i. L'interstice des fentes des entrées-sorties (ou tuyères) peut être reglé par exemple à l aide d'un ressort à lame plate ou par l'intermédiaire des forces centrifuges. Afin de consolider les entrées-sorties en forme de fente, elles seront équipées de nervures (raidisseurs) orientees suivant le flux du fluide. Les tuyères de la turbine peuvent dépasser la surface de rotation laquelle peut avoir la forme spiroïdale avec le pas de spirale égal à la hauteur du dépassement. Afin de réduire l'encombremenl des groupes, il est recommandé d'utiliser un fluide axant un grand poids spécifique et une viscosité réduite, par exemple le mercure. La construction d'une turbine composée peut se faire de deux façons différentes : a) disposition coaxiale des deux turbines (dans ce cas la cavité (1) commune aux deux turbines (7-S et 19) aura la forme d'un anneau) ; b) superposition (19) totale ou partielle des corps de deux turbines dans un même espace (19) (mais sans superposition des tuyaux (15 et 16)). Le choix de la turbine sera déterminé par l'affectation concrète du groupe, dont les constructions les plus caractéristiques sont décrites si-dessous 1. Générateurs. Le fluide sous pression arrive dans la cavité (1) [(2)], traverse la turbine (7-8) et pénètre par la sortie (4) [(3)]. Les générateurs possèdent la propriété d'être homéosta tes : avec la réduction du niveau d'énergie produite par la turbine, le débit du fluide sera réduit automatiquement , et au contraire, si le débit du fluide en charge est constant, les générateurs auront une puissance constante, en fonction de laquelle le nombre de tours de la turbine sera déterminé, c'est-à-dire que les générateurs peuvent remplir la fonction de la boîte de changement des vitesses. Le nombre de tours peut atteindre quelques dizaines de milliers par minute. 2. Pompes. Le fluide sous basse pression est envoyé sur la demi-turbine (3) [(4)]. La fente de la sortie (4) [(3)] glisse sur le fluide. Lors de réduction du débit du fluide sous haute pression la puissance absorbée de la pompe sera réduite automatiquement (avec la maintien de la même valeur de la pression de sortie). 3. Transformateurs du mouvement alternatif en mouvement rotatif (sans soupapes). Toutes les turbines de générateur proposées peuvent transformer le mouvement alternatif du fluide en mouvement rotatif de l'arbre. 4. Récupérateur hydrodynamique. II se compose uniquement d'une cavité (1) (indépendanie ou coïncidante avec la cavité 1 du générateur ou de la pompe) aves deux entrées (entréessorties) (5) et (6) extérieures en forme de fente et une sortie (sortie-entrée 18 [ou (9)]) centrale. Le fluide refoulé par la /une/ pompe de la ,'une/ turbine menante est enso!e dans une (5) des entrées créant ainsi une trombe hydraulique dans la cavité 1 et.une haute pression en périphérie (13) de la cavité.Pour utiliser l'énergie de la trombe, il suffit de diriger le flux de haute pression de la cavité (I) à travers une autre entrée (6) en fente sur la /une/ turbine (d'un générateur) menée (de service) de l'arbre moteur. 5. Récupérateur h?dromécanique. Il se compose d'un générateur indépendant avec un volant la transmission d'énergie d'un arbre sur l'autre se réalise par des pompes et des généra- teurs à fentes. 6. Boîtes de changement des vitesses. Les générateurs à fente remplissent déjà en grande partie la fonction des boîtes de changement des vitesses. La figure ci-jointe montre le schéma de principe d'un des générateurs ; pour une meilleure compréhension, le tuyau (9) de la turbine y est représenté comme un corps solide indépendant. Les groupes proposés peuvent être utilisés dans les domaines les plus divers énergétiques comme industriels ; en plus, s'ils remplacent les groupes existants, ils pouront augmenter considérablement leur rendement. Ainsi, le passage du flux hydraulique sortant d'un générateur à travers de la turbine fixe (8) à sortie (4) à fente et l'envoi ensuite du flux dans le cavité (r) ouverte créent une dépression (basse pression) importante à la sortie (14) du générateur, ce qui peut permettre parfois de presque doubler son rendement. Il serait aussi très efficaçe d'utiliser les groupes proposés dans les moteurs à explosion où il pourront remplir les fonctions des bielles. vilebrequins, boîtes de changement des vitesses, récupérateurs et, dans une très grande mesure, embrayages et freins. REI'ENDICATIONS 1) Générateur à turbine à tuvaux ou Groupe turbo caractérisé en ce que la tuyère (3) de la turbine (7) a une forme de fente étroite, et que la fente de l'entrée est tangente à la surface (10) du corps rotatif (cylindrique ou non) de la turbine, et que l'entrée peut jouer le rôle de la sortie et vice versa. (Le générateur peut jouer le rôle de la pompe.) 2) Groupes turbo selon la revendication 1 caractérisés en ce que la sortie 4 a aussi une forme de fente. Les deux tuyères étant orientées dans la même direction de rotation (Fig.l), dans le cas du générateur. 3) Groupes selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisés en ce que (en cas de grande vitesse du fluide dans les cavités (] et 2) d'entrée ou de sortie le bord effilé des fentes (3, 4) se trouve au dessus de la surface de rotation (10, 11), formant sur cette surface des saillies. 4) Groupe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que, dans le cas où la turbine joue le rôle du générateur, la section du tuyau croît depuis l'entrée (3) jusqu'à la sortie (4). 5) Groupes turbo selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisés en ce que l'interstice des fentes est reglé par un ressort à lame plate ou par la force centrifuge, de plus elles sont equipées des nervures de raidissement orientées selon la direction du fluide. 6) Groupes turbo selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisés en ce que le mercure est utilisé comme fluide. 7) Récupérateur à deux arbres à volant ayant la propriété du groupe turbo selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la transmission d'énergie d'un arbre sur l'autre se réalise par des groupes des revendications 1 à 6 (dans ce cas l'arbre du générateur 7-8 est complété par deuxième arbre à volant et, pour la transmission d'énergie, sur chaque arbre sont montés une pompe et un générateur). 8) Récupérateur hydrodynamique utilisant le groupe turbo selon la revendication 1 carac térisé en ce qu'il est composé d'une cavité (1) (indépendante ou coïncidante avec la cavité du générateur ou de la pompe) dans l'enveloppe (19) à deux entrées-sorties (5 et 6) en forme de fente et à une sortie-entrée (18 [ou 9]) centrale. 9) Groupe turbo d'usage de pompe selon la revendication 2 caractérisée en ce que la turbine (8) est fixe, la fente (4) est la sortie (la forme l'entrée (3) est indéfférent), la cavité (2) est ouverte. 10) Générateurs selon les revendications 1 à 7 prises dans leur ensemble caractérisés en ce que ses propriétés de homéostate - dans le régime de générateur, de transformer du mouvement alternatif (du fluide) en mouvement rotatif (de l'arbre) et d'avoir une puissance constante (au debit du fluide de travail constant) - sont utilisées, en particulier comme Transmission de transformation du mouvement alternatif (du fluide) en mouvement rotatif (de l'arbre), ou Boîte de changement des vitesses automatique ou Récupérateur d'énergie mécanique ou Moteur.