Brevet FR2628484A1 — publié le 19890915

La présente invention est du domaine des moyens de mise en mouvement des fluides et plus particulièrement des liquides, et elle'a plus précisément pour objet un dispositif, dit turbine hydraulique, destiné soit à la propulsion d'embarcations dans leau soit, alternativement, au pompage de l'eau. On connut des turbines hydrauliques montées sur les embarcations et servant, par prélèvement de l'eau sous l'embarcation et rejet de cette eau à l'arrière de l'embarcation à propulser l'embarcation sur le plan d'eau ; de telles turbines sont généralement constituées d'un conduit tubulaire dans lequel des hélices du type hélices de marine sont entraînées en rotation par un arbre le conduit tubulaire comporte, en général au voisinage de son extrémité de sortie des pales fixes pour redresser le flux ; de tels dispositifs de propulsion des embarcations, dits "hydrojets" sont avantageux lorsque la nappe d'eau est peu profonde puisqu'on élimine ainsi le risque, rencontré avec les propulseurs à hélice traditionnelle, de faire buter les pales de l'hélice contre le fond ou contre des obstacles, végétaux par exemple, encombrant la nappe ; on a cependant déploré que dans le cas de nappes d'eau encombrées d'algues, celles-ci viennent fréquemment s'emmêler dans les pales de la turbine et en inhiber le fonctionnement. I1 en va de même dans les cas où la turbine est utilisée comme pompe à grand débit pour assécher les plans d'eau par exemple. Le but de la présente invention est de proposer une turbine hydraulique mettant l'utilisateur à l'abri de son obstruction par des débris notamment végétaux. Selon la présente invention, une turbine hydraulique telle que de propulsion ou de pompage, du type comprenant un ou plusieurs étages de pales fixes formant avec une cage. un ensemble dit stator, et un ou plusieurs étages de pales mobiles formant avec un arbre rotatif un second ensemble dit rotor, est caractérisée d'une manière générale en ce que les bords (de fuite et d'attaque) en regard de deux groupes de pales sont conformés en lames tranchantes de très grande dureté et en ce que, les pales du rotor alternant le long de l'axe avec celles du stator, le bord de fuite des unes frôlent à la manière des lames de cisailles, au cours de la rotation, le bord de fuite des autres ; en d'autres termes, une turbine de l'invention comporte des moyens de broyage ou de déchiquetage ; il résulte de cette disposition qu'en raison de la vitesse de rotation élevée du rotor, des corps solides présents dans le liquide sont finement déchiquetés et ne risquent pas d'entraver le passage du liquide. Selon une première forme de réalisation, la conformation en lames tranchantes des bords des pales résulte de la présence de pastilles de métal dur rapportées par brasage ; selon une autre forme de réalisation la conformation en lames tranchantes des bords des pales résulte d'un traitement de durcissement du bord de la pale. Suivant une disposition constructive avantageuse, une turbine de l'invention comprend trois ensembles, dits redresseurs de flux, de pales de stator, à savoir : un redresseur d'entrée, un redresseur médian et un redresseur de sortie et deux ensembles de pales de rotor, dits hélice amont et hélice aval, disposés chacun entre deux redresseurs ; dans ce cas les bords de pale conformés en lame sont les bords de fuite des pales du redresseur d'entrée et les bords d'attaque des pales de l'hélice amont. Avantageusement encore, la cage est formée d'au moins trois tronçons tubulaires - un tronçon d'entrée de forme coudée à travers la paroi duquel passe l'arbre de turbine, ledit tronçon d'entrée supportant à son extrémité de sortie ledit redresseur d'entrée, - un tronçon médian de forme cylindrique supportant au voisinage de son milieu ledit redresseur médian, et - un tronçon de sortie de'forme tronconique supportant à son extrémité d'entrée ledit redresseur de sortie. Dans cette disposition, le tron çon médian est bridé à son extrémité d'entrée et à son extrémité de sortie sur, respectivement, le tronçon d'entrée et le tronçon de sortie, au moyen de collerettes boulonnables. I1 résulte de cette disposition que, après retrait de l'arbre et déboulonnage des collerettes, le tronçon médian peut être retiré très facilement, ce qui permet un accès direct, pour leur affutage, aux pales conformés en lames, aussi bien pales de rotor que pales de stator. Suivant une autre disposition analogue à la précédente, le redresseur d'entrée est lui-même contenu dans un tronçon tubulaire bridé sur le tronçon d'entrée et sur le tronçon médian, d'où il résulte que les pales du redresseur d'entrée peuvent, elles aussi, être retirées de la turbine pour être affûtées. Enfin et suivant une disposition générale préférée le nombre des pales du redresseur d'entrée est d'une parité inverse de celle du nombre des pales de l'hélice amont ; il résulte de cette disposition qu'on évite le phénomène de résonnance qui se recontrerait si les lames tranchantes se rencontraient au même moment. La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparaltront à la description qui va être faite, de la disposition constructive dans son principe d'une part et d'une forme préférée de réalisation d'autre part, en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles - la fig.1 est une coupe schématique axiale illustrant la disposition constructive précitée, - la fig.2 est une coupe analogue illustrant ltavantage d'une telle disposition, - la fig.3 est une perspective écorchée d'une turbine de l'invention montée comme propulseur sur une embarcation, et - la fig.4 est un détail agrandi de la figure précédente. Sur les fig.l et 2, une turbine de l'invention est constituée par une cage 5 (ou une cage 5',5") formée de trois tronçons tubulaires respectivement d'entrée 1, médian 2 et de sortie 3, et de pales fixes et de pales mobiles disposées, axialement dans la cage, les pales mobiles étant reliées à un arbre 4 de turbine ; les pales fixes solidaires de la cage sont regroupées en trois ensembles, dits redresseurs de flux, à savoir un redresseur d'entrée constituté de pales telles que 6, un redresseur médian constitué de pales telles que 7 et un redresseur de sortie constitué de pales telles que 8 ; les pales mobiles, dites plus haut hélices, sont regroupées en deux ensembles à savoir une hélice amont constituée de pales telles que 9 et une hélice aval constituée de pales telles que 10 ; les gros traits tels que 11 symbolisent les moyens d'assujettissement des hélices à l'arbre 4 ; l'arbre 4 et les hélices 9 et 10 forment le rotor de la turbine tandis que les trois tronçons de cage 1, 2 et 3 et les pales fixes telles que 6, 7 et 8 en forment le stator. Il ressort aussi des fig.l et 2 que les pales mobiles, au cours de leur rotation, balaient la quasi totalité de l'espace compris entre les pales fixes et que cet espace est un espace annulaire compris entre la paroi de la cage 5 et une partie centrale pleine, hâchurée sur les dessins, formée d'un palier d'arbre 12, d'une succession de paliers fixes tels que 13, 15 et 16 dits respectivement d'entrée, médian et de sortie et de moyeux tels que 17 et 18 des pales amont et des pales aval. Cette conformation de la turbine est relativement proche de celle des turbines connues de l'aérodynamique ; cependant et à la connaissance du Demandeur, une telle conformation n'a jamais été appliquée à l'hydraulique. Suivant une autre disposition caractéristique de l'invention, le bord de fuite, c'est-à-dire le bord situé en aval dans le sens d'écoulement du fluide (flèche 20) des pales 6 du redresseur d'entrée et le bord d'attaque, c'est-à-dire le bord situé en amont, des pales 9 de l'hélice amont sont conformés en lames tranchantes de très grande dureté et les pales 9 frôlent à la manière des lames de cisaille le bord de fuite des pales 6 du stator ; cette disposition confère à l'ensemble des pales 6 et 9 un rôle de broyeur. Sur la fig.2 plus particulièrement il apparaît que le tronçon 5' de la cage peut être désolidarisé des tronçons 5 et 5" pour être, après retrait axial de l'arbre 4, retiré par translation (flèche 21) dans la mesure où, comme cela est généralement le cas, la turbine est fixée à un bâti, par exemple une coque d'embarcation, cette disposition autorise un accès facile aux.pales 6 et 9 pour leur affûtage ou leur remplacement. Avantageusement, et en vue de faciliter cette dernière opération, les pales 6 et le palier d'entrée 13 peuvent elles-mêmes être solidaires d'un tronçon de cage 5"' désolidarisable de la même façon que le tronçon 5'. Les différents tronçons de cage sont rendus solidaires les uns des autres par des collerettes boulonnabies telles que 22 et 23 des tronçons 5' et 5". Sur la fig.3, une turbine de l'invention d'une conformation légèrement différente de celle illustrée sur les figures schématiques précédentes comprend cependant un grand nombre d'éléments analogues repérés par les mêmes références ; on y remarquera notamment les pales de rotor 9 et 10 au nombre de quatre pour chaque ensemble, dit hélice, mobile en rotation entre des pales de stator telles que 6,7 et 8, au nombre respectif de sept pour les premières, huit pour les secondes et quatre pour les troisièmes ; on remarquera aussi la relation entre les éléments 5,5' et 5" de la cage solidaire les uns des autres par le moyen de collerettes boulonnables telles que 22 et 23, la collerette 22 servant aussi à fixer le tronçon 5' contre un plat-bord arrière 25. Il apparaît aussi sur cette figure comment le tronçon arrière 5" de la cage peut déboucher dans une tuyère pouvant être commandée en pivotement autour d'un axe 27 par une barre 28, la tuyère servant à diriger le jet de sortie et à gouverner ainsi l'embarcation. On a également dessiné schématiquement un inverseur de marche 29 pouvant être amené par pivotement (flèche 30) autour d'un axe horizontal en regard de.l'orifice de la tuyère 26, ledit inverseur étant constitué de deux déflecteurs incurvés (ce système de gouverne rapide est connu de l'art). Sur la fig.4, reprendant en détail agrandi les deux pales 6 et 9 de la figure précédente, il apparaît que le bord de fuite 31 de la première et le bord d'attaque 32 de la seconde sont conformés en lame tranchante par la présence de pastilles telles que 33 de métal dur rapporté par brasage. On notera cependant que comme cela a été indiqué plus haut la dureté des bords considérés peut résulter soit d'un traitement local de durcissement du métal constitutif des pales soit de la dureté initiale de ce métal ; il apparaît bien aussi sur cet agrandissement que ces pales fonctionnent à la manière de cisaille. Bien que l'on ait décrit et/ou représenté des formes particulières de réalisation d'une turbine hydraulique conforme à l'invention, il doit être compris que la portée de cette dernière n'est pas limitée à ces formes mais qu'elle s'étend à toute turbine hydraulique comportant les caractéristiques générales énoncées plus haut, prises séparément ou en combinaison. REVENDICATIONS 1.- Turbine hydraulique telle que de propulsion ou de pompage du type comprenant un ou plusieurs étages de pales fixes formant avec une cage un ensemble dit stator, et un ou plusieurs étages de pales mobiles formant avec un arbre rotatif un second ensemble dit rotor, caractérisée en ce que les bords (de fuite (31) et d'attaque (32)) en regard de deux groupes de pales (6,9) sont conformés en lames tranchantes de très grande dureté, et en ce que les pales du rotor (9,10) alternant le long de l'axe avec celles (6,7,8) du stator, le bord de fuite (31) des unes (6) frôlent à la manière des lames de cisailles, au cours de la rotation, le bord d'attaque (32) des autres (9), d'où il résulte qu'en raison de la vitesse de rotation élevée du rotor, des corps solides présents dans le liquide sont. finement déchique tés et ne risquent pas d'entraver le passage du liqui de 2.- Turbine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la conformation en lames tranchantes des bords des pales résulte de la présence de pastilles (33) de métal dur rapportées par brasage 3.- Turbine selon la revendication 1, caractérisée : en ce que la conformation des lames tranchantes des bords des pales résulte d d'un traitement de durcissement du bord de la pale 4.- Turbine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend - trois ensembles, dits redresseurs de flux, de pales de stator, à savoir : un redresseur d'entrée (6), un redresseur médian (7) et un redresseur de sortie (8), et - deux ensembles de pales de rotor, dits hélice amont (9) et hélice aval (10), disposés chacun entre deux redresseurs, et en ce que les bords de pale conformés en lame sont les bords de fuite (31) des pales du redresseur d'entrée (6) et les bords d'attaque (32) des pales de l'hélice amont (9) 5.- Turbine selon la revendication 4, caractérisée en ce que la cage est formée d'au moins trois tronçons tubulaires - un tronçon d'entrée (5) de forme coudée à travers la paroi duquel passe l'arbre de turbine, ledit tronçon d'entrée supportant. à son extrémité de sortie ledit redresseur d'entrée, - un tronçon médian (5') de forme cylindrique supportant au voisinage de son milieu ledit redresseur médian (7), et - un tronçon de sortie (5") de forme tronconique supportant à son extrémité d'entrée ledit redresseur de sortie (8), et en ce que le tronçon médian est bridé à son extrémité d'entrée et à son extrémité de sortie sur, respectivement, le tronçon d'entrée et le tronçon de sortie, au moyen de collerettes boulonnables (22,23), d'où il résulte que, après re trait de l'arbre et déboulonnage des collerettes, le tronçon médian peut être retiré très facilement, ce qui permet un accès direct, pour leur affûtage, aux pales conformées en lames, aussi bien pales de rotor que pales de stator 6.- Turbine selon la revendication 5, caractérisée en ce que le redresseur d'entrée est lui-même contenu dans un tronçon tubulaire (5'") bridé sur le tronçon d'entrée et sur le tronçon médian, doù il résulte que les pales du redresseur d'entrée peuvent, elles aussi, être retirées de la turbine pour être affûtées 7.- Turbine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le nombre (nl) des pales du redresseur d'entrée est d'une parité inversée de celle du nombre (n2) des pales de l'hélice amont.