Brevet FR2621652A1 — publié le 19890414

La présente invention concerne les génératrices hydrauliques. I1 est connu, dans les installations du type roue à aube, par exemple, d'utiliser l'énergie potentielle d'une masse liquide pour pousser les pales de la roue, montée sur un axe horizontal, ou remplir des caissons situés à la périphérie de cette roue, lorsque ces caissons se trouvent en position haute, et les vider lorsqu'ils parviennent au niveau inférieur de l'installation. Le but de l'invention est d'associer l'énergie potentielle d'une source liquide avec la force créée selon le principe de la poussée d'Archimède, pour provoquer la rotation d'une roue tournant autour d'un axe horizontal. La génératrice hydraulique, selon l'invention, consiste en une turbine en forme de roue, immergée dans un liquide et constituée d'au moins trois caissons tournant autour d'un axe horizontal. Les différents caissons sont d'une part, associés à des moyens de vidange sélectifs et à des moyens d'admission d'air actifs dans un secteur de travail déterminé, et, d'autre part, associés à des moyens d'obturation de l'orifice de remplissage des caissons, lequel remplissage s'effectue dans un secteur consécutif audit secteur de travail, par simple gravité. La succession de ces opérations de vidange et de remplissage provoque la rotation de la roue. Toujours selon l'invention; la turbine est placée dans une cuve cylindrique comprenant, à sa partie supérieure, une alimentation en liquide pour maintenir un niveau constant de charge au-dessus de la turbine, ainsi qu'une ouverture permettant l'évacuation de l'air qui s 'échappe des caissons dans le secteur de remplissage. La cuve comprend également, à un niveau sensiblement équivalent à l'axe de la turbine, les moyens assurant ltévacuation du liquide provenant des caissons, ainsi que les moyens permettant l'admission d'air dans ces caissons. Les côtés verticaux de la cuve supportent l'axe de la turbine. Dans un mode de réalisation particulier, l'évacuation du liquide des caissons, en-dehors de la cuve, s'effectue au moyen d'un collecteur central, relié à chacun des caissons au niveau de sa partie proche du centre de la turbine. Ce collecteur est disposé sur l'axe de rotation de la roue et débouche à l'extérieur de la cuve. Chaque caisson est alors relié au collecteur au moyen d'un tube sur lequel est disposé un obturateur actionné par deux butoirs d'ouverture et de fermeture. Ces deux butoirs sont disposés sur un des cotés verticaux de la cuve et, associés a chaque obturateur, permettent la vidange des caissons, dans le secteur de travail de la cuve, correspondant, à partir du niveau de vidange, au secteur de remplissage d'air. Toujours selon l'invention l'admission d'air dans les différents caissons s'effectue au moyen d'un distributeur central, relié à chacun des caissons au niveau de sa périphérie, par l'intermédiaire d'un tube. Le distributeur est disposé au centre de la turbine, sur son axe de rotation débouchant à l'extérieur de la cuve. Chaque tube est muni d'un clapet anti-retour empêchant l'évacuation de l'eau et permettant l'admission de l'air dans les caissons, pour réaliser leur vidange lorsqu'ils se trouvent dans le secteur de travail. Toujours selon l'invention, le collecteur et le distributeur constituent en meme temps le moyeu de la turbine. Selon une caracteristique particulière l'orifice de remplissage d'eau des caissons, est automatiquement fermé par un clapet et s'ouvre au moyen d'une butée disposée sur un des côtés verticaux de la cuve. Ce clapet est un clapet flotteur, constitué par une plaque rectangulaire, montée pivotante autour de deux pivots définissant un axe de rotation parallèle à l'axe de la turbine. Cet axe de rotation est situé approximativement au niveau de la partie médiane de la plaque et l'un des côtés de cette plaque rectangulaire est muni d'un flotteur assurant, suivant la position du caisson dans la cuve, la variation de position de la plaque, autour de son axe, et donc l'ouverture ou la fermeture de l'orifice de remplissage des caissons. Toujours selon l'invention, l'ouverture et la fermeture des obturateurs et clapets sont réglées de façon à ce que, d'une part la vidange des caissons s'effectue par simple gravité, entraînant l'admission d'air dans les caissons par création d'une dépression, ce phénomène se déroulant dans le quart supérieur remontant de la roue et, d'autre part, le remplissage des caissons commence lorsque ceux-ci atteignent leur point le plus haut dans la cuve. Mais l'invention sera encore illustrée, sans etre aucunement limitée par la description suivante d'un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple et représenté sur les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente la génératrice lente selon l'invention, vue de face et en coupe longitudinale passant par les bras de liaison des caissons à l'axe, - la figure 2 est une vue de côté de la génératrice, en coupe transversale passant par l'axe central. La génératrice hydraulique 1 représentée figures 1 et 2 comprend une turbine 2 totalement immergée dans une cuve cylindrique 3. La cuve cylindrique 3 comporte deux côtés verticaux ; un fond 31, une façade 32 et un côté cylindrique ou circulaire 33. Le fond 31 est assemblé au coté cylindrique 33 par soudure, par exemple. La façade 32 est boulonnée sur ce coté 33, qui possède, à cet effet, un bord relevé 34 et un joint est interposé entre ces deux parties 32 et 33, de façon à réaliser un assemblage amovible et étanche. La partie inférieure 35 du côté cylindrique 33 est munie de pieds latéraux 36 assurant la stabilité de la cuve 3. La partie supérieure 37 du côté cylindrique 33, comporte un orifice cylindrique 38 débouchant vers le haut, ainsi qu'une alimentation en eau 39 destinée à remplir la cuve 3. La turbine 2 est totalement immergée dans la cuve 3. Cette turbine 2 est en forme de roue et est constituée de huit caissons 4 tournant autour d'un axe horizontal 5. Ces huit caissons 4 sont identiques et se touchent les uns les autres. Chaque caisson 4 comporte un fond ou partie proche du centre de la turbine 41, une partie supérieure ou périphérique 42, deux côtés latéraux parallèles 43, 44 et deux côtés : un avant 45 et un arrière 46, non parallèles, disposes radialement. Comme on peut le voir figure 1, en coupe transversale, ces caissons ont la forme générale d'un trapèze. Ces côtés "avant" et "arrière" 45 et 46 sont déterminés par le sens de rotation des caissons 4 autour de l'axe 5 et le cté avant 45 de chaque caisson 4 constitue également le côté arrière 46 du caisson suivant. Chaque caisson 4 est relié à l'axe central 5, lequel axe 5 est supporté, à chacune de ses extrémités, par les parties centrales des côtés verticaux 31 et 32 de la cuve 3. Cet axe 5 est monté libre en rotation et de façon étanche sur ces côtés 31 et 32. Les caissons 4 comportent chacun trois orifices un orifice d'évacuation de liquide 47, un orifice d'admission d'air 48 et un orifice d'admission de liquide 49 et ces trois orifices 47, 48, 49 constituent respectivement une partie des moyens d'évacuation de liquide, d'admission d'air et d'admission de liquide associés à chacun de ces caissons 4. Le but recherché est, une fois la turbine 2 immergée dans la cuve 3, d'assurer la vidange des caissons 4 dans un secteur déterminé de la cuve, de façon à provoquer leur ascension et, lorsqu'ils arrivent au point le plus haut de la roue, de les remplir de liquide de façon à éliminer la poussée liée au principe d'Archimède et profiter de l'énergie potentielle du liquide en mouvement pour permettre la rotation de la roue 2, par la succession de ces opérations. Les moyens d'evacuation du liquide des caissons 4 consistent en un collecteur central 6 reliant chaque caisson 4 au moyen d'un tube 7 débouchant dans l'orifice d'évacuation du liquide 47. Cet orifice 47 est situé au niveau du fond 41 du caisson 4. Le collecteur 6 est disposé au centre de la turbine 2, sur son axe de rotation 5 et il débouche à l'extérieur de la cuve 3 par l'orifice 61. Un obturateur 71 est disposé sur chaque tube 7 afin d'assurer une vidange sélective des caissons 4. Cet obturateur 71 est commandé par une paire de butoirs 72a et 72b situés sur la façade 32 de la cuve 3. Les obturateurs 71 pourront par exemple etre des vannes à billes. Comme la turbine 2 est totalement immergée, afin de permettre la sortie du liquide, il est indispensable d'associer ces moyens d'évacuation de liquide à des moyens d'admission d'air dans les caissons 4. Ces moyens d'admission d'air consistent en un distributeur central 8 reliant chaque caisson 4 au moyen d'un tube 9 débouchant dans l'orifice d'admission d'air 48, situé au niveau de la partie periphérique 42 du caisson 4, au niveau le plus haut des caissons lorsque ceux-ci remontent. Le distributeur 8 est disposé au centre de la turbine 2, sur l'axe de rotation 5 et il débouche à l'extérieur de la cuve 3 par l'orifice 81. Chaque tube 9 est muni, d'un clapet anti-retour 91, disposé au niveau de l'orifice 48, destiné à empecher l'évacuation de l'eau et à permettre l'admission d'air dans les caissons 4 pour réaliser leur vidange. Comme on peut le voir figure 2, le collecteur 6 et le distributeur 8, débouchant de chaque côté de la cuve 3 à travers les parois verticales 31, 32, constituent en meme temps le moyeu de la turbine 2. Après avoir été vidés, et afin de permettre la rotation de la roue 2, les différents caissons 4 doivent etre remplis. Leurs moyens de remplissage consistent en un clapet 10, bouchant sélectivement l'orifice de remplissage 49, situé au niveau de la partie périphérique 42. Dans l'exemple de réalisation représenté figures 1 et 2, les clapets 10 sont des clapets flotteurs constitués par une plaque rectangulaire 11 montée pivotante autour de deux pivots 12, solidaires des caissons 4 et définissant un axe de rotation 13 parallèle à l'axe 5 de la turbine 2. Cet axe 13 se situe approximativement au niveau de la partie médiane de la plaque 11 et la divise en deux parties. Une des parties de cette plaque 11 est munie d'un flotteur 14 réglant l'orientation du clapet 10. Ce clapet 10 assure l'obturation de l'orifice 49 dans un secteur de vidange déterminé et permet le remplissage des caissons juste après ce secteur de vidange. Afin d'assurer l'ouverture des clapets 10, la façade 32 de la cuve 3 est munie d'une butée 15 permettant le décollage de la plaque 11 et l'initiation du mouvement d'ouverture. Le réglage des obturateurs 71 et clapets 10, assurant soit la vidange, soit le remplissage des caissons 4, permet de diviser la génératrice hydraulique 1 en deux secteurs : un secteur de travail ou de vidange a et un secteur complémentaire b au cours duquel s'effectue le remplissage des caissons 4. Ces deux secteurs a et b sont représentés figure 1 et le sens de rotation de la turbine 2 est déterminé par la flèche c. La vidange des caissons 4 s'effectue dans le secteur de travail a, correspondant au quart supérieur remontant de la turbine 2. A cet effet, les clapets flotteurs 10 assurent, dans ce secteur, la fermeture des orifices d'admission de liquide 49, cette fermeture ayant lieu avant que les caissons 4 n'atteignent le niveau de l'axe 5. Le butoir 72a assure l'ouverture des obturateurs 71, également avant que les caissons 4 n'atteignent le niveau de l'axe 5. Ainsi, lorsque chaque caisson 4 arrive et dépasse le niveau de l'axe central 5 de la turbine 2, le liquide interne des caissons peut s'écouler à travers le tube 7, arriver au collecteur 6 et etre évacué de la cuve 3 par l'orifice 61. Cet écoulement est possible grace à l'admission d'air dans le caisson. Cet air provient de l'extérieur de la cuve 3, passe par l'orifice 81, le collecteur 8 et la tubulure 9, avant d'entrer dans les caissons 4 par l'intermédiaire du clapet anti-retour 91 et grâce à la dépression créée par ltévacuation du liquide. Ce liquide évacué n'est pas immédiatement remplacé dans le caisson, ce qui provoque un déséquilibre lie à la difference de charge de chaque côte de la turbine, ajouté à la poussee de bas en haut creee sur le caisson qui se vide progressivement et qui est immerge. La vitesse de rotation de la turbine 2 est proportionnelle au de bit de vidange des caissons 4. L'alimentation en liquide 39, qui peut par exemple entre l'alimentation en eau de la ville, est ouverte en permanence afin de remplacer le volume s'ecoulant hors de la cuve par l'orifice 61 et ainsi maintenir un niveau constant de charge au-dessus de la turbine 2. Cette alimentation 39 doit avoir un de bit au moins egal au de bit de vidange des caissons 4. Les differents caissons 4, vidés ou en train de se vider ont ainsi la possibilité de remonter sur environ un quart du périmètre de la roue 2. Lorsqu'ils arrivent à proximité de la partie la plus haute de la turbine, les obturateurs 71 bouchent le tube d'évacuation 7, grace à la butée 72b et, juste après, le clapet flotteur 10 assure l'ouverture des orifices 49. On sort alors du secteur de vidange a pour entrer dans le secteur complémentaire b, correspondant approximativement aux trois quarts du périmètre de la turbine 2. Le pivotement de la plaque 11 est réalisé par l'association du flotteur 14 avec la butée 15 servant d'amorce. L'orifice 49 etant ouvert, le liquide, maintenu en permanence à un niveau constant de charge au-dessus de la turbine 2, peut commencer à remplir les caissons et y remplacer l'air s'évacuant par l'orifice cylindrique supérieur 38. La succession de ces opérations de vidange et de remplissage permet la rotation de la turbine 2 à un rythme relativement lent et cette rotation peut servir par exemple à l'alimentation d'un compresseur ou générateur électrique. Bien entendu l'invention ne se limite pas au détail du mode de réalisation qui n'a ete decrit qu'à titre d'exemple, mais elle couvre egalement les realisations qui n'en differeraient que par des details, des variantes d'execution ou l'utilisation de moyens equivalents. C'est ainsi que le nombre des caissons 4 peut varier, mais, pour éviter la mise en équilibre de la turbine 2, un minimum de trois caissons est nécessaire, ceux-ci etant disposes et ayant des dimensions telles qu'en permanence, au moins un des caissons 4 se situe dans le secteur de vidange a. La forme de ces caissons 4 et leur distance par rapport à l'axe de rotation 5 de la turbine 2 peuvent également varier. On peut noter à cet effet que plus cette distance est grande plus on augmente le couple au niveau de l'axe 5. L'exemple de réalisation décrit propose un ensemble de vannes à billes, de clapets flotteurs et clapets anti-retour, pour assurer les moyens d'évacuation de liquide, d'admission de liquide et d'admission d'air. Ces moyens pourront être réalisés par tout autre dispositif et, à titre d'exemple, les vannes à billes peuvent être remplacées par un distributeur rotatif central, assurant l'ouverture et l'obturation des tubes 7 dans des secteurs déterminés. - REVENDICATIONS 1.- Génératrice hydraulique lente, caractérisée en ce qu'elle consiste en une turbine (2) en forme de roue, immergée dans un liquide et constituée d'au moins trois caissons (4) tournant autour d'un axe horizontal (5), lesdits caissons (4) étant d'une part associes à des moyens de vidange sélectifs et à des moyens d'admission d'air actifs dans un secteur de travail déterminé (a), et, d'autre part, associés à des moyens d'obturation de l'orifice de remplissage (49) des caissons (4), lequel remplissage s'effectue dans un secteur (b) consécutif audit secteur de travail (a), par simple gravité, la succession de ces opérations de vidange et remplissage provoquant la rotation de la roue (2). 2.- Génératrice hydraulique lente selon la revendication 1, caractérisée en ce que la turbine (2) est placée dans une cuve cylindrique (3) comprenant à sa partie supérieure (37) une alimentation en liquide (39) pour maintenir un niveau constant de charge au-dessus de la turbine (2), ainsi qu'une ouverture (38) permettant ltévacuation de l'air qui s'échappe des caissons (4) dans le secteur de remplissage (b), et, à un niveau sensiblement équivalent à l'axe (5) de la turbine (2), les moyens assurant l'évacuation du liquide provenant des caissons (4) ainsi que les moyens permettant l'admission d'air dans ces caissons (4), les côtés verticaux (31, 32) de la cuve (3) supportant l'axe (5) de la turbine (2). 3.- Genératrice hydraulique lente selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'évacuation du liquide des caissons (4), en dehors de la cuve (3), s'effectue au moyen d'un collecteur central (6) relié à chacun des caissons (4) au niveau de sa partie (41) proche du centre de la turbine (2), ledit collecteur (6) étant disposé au centre de la turbine (2) sur son axe de rotation (5) et débouchant à l'extérieur de la cuve (3). 4.- Génératrice hydraulique lente selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque caisson (4) est relié au collecteur (6) au moyen d'un tube (7) sur lequel est dispose un obturateur (71) actionné par deux butoirs d'ouverture (72a) et de fermeture (72b), disposes sur un des cotes verticaux (32) de la cuve (3), ledit obturateur (71), associe aux butoirs (72a, 72b), etant destiné à permettre la vidange du caisson (4) dans le secteur de travail (a) de la cuve (3). 5.- Génératrice hydraulique lente selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'admission d'air dans les caissons (4) s'effectue au moyen d'un distributeur central (8) relié à chacun des caissons (4), au niveau de sa périphérie (42), au moyen d'un tube (9), ledit distributeur (8) étant disposé au centre de la turbine (2) sur son axe de rotation (5) debouchant à l'extérieur de la cuve (3), chaque tube (9) comportant un clapet anti-retour (91) empechant l'évacuation de l'eau et permettant l'admission de l'air dans les caissons (4), pour réaliser leur vidange lorsqu'ils se trouvent dans le secteur de travail (a). 6.- Génératrice hydraulique lente selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'orifice de remplissage d'eau (49) est automatiquement fermé par un clapet (10) et s'ouvre au moyen d'une butée (15) disposée sur un des côtés verticaux (32) de la cuve (3). 7.- Génératrice hydraulique lente selon la revendication 6, caractérisée en ce que les clapets (10) sont des clapets flotteurs constitués par une plaque rectangulaire (11) montée pivotante autour de deux pivots (12) définissant un axe de rotation (13) parallele à l'axe (5) de la turbine (2) et situé approximativement au niveau de la partie médiane de la plaque (11), l'un des côtes de cette plaque rectangulaire (11) étant muni d'un flotteur (14) assurant, suivant la position du caisson (4) dans la cuve (3), la variation de position de la plaque (11) autour de son axe (13) et donc l'ouverture ou la fermeture de l'orifice de remplissage (49) des caissons (4). 8.- Génératrice hydraulique lente selon les revendications 3 et 5, caractérisée en ce que le collecteur (6) et le distributeur (8) constituent en meme temps le moyeu de la turbine (2). 9.- Génératrice hydraulique lente selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisee en ce que l'ouverture et la fermeture des obturateurs (71) et clapets (10), sont réglées de façon à ce que, d'une part la vidange des caissons (4) s'effectue par simple gravite, entraînant l'admission d'air dans les caissons (4) par creation d'une depression, ce phenomène se deroulant dans le quart supérieur remontant de la roue (2) et d'autre part le remplissage des caissons (4) commence lorsque ceux-ci atteignent leur point le plus haut.