Brevet FR2655387A1 — publié le 19910607

La présente invention conplète le dispositif autonome de production d'énergie électrique, utilisant tout ou partie de l'énergie hydraulique disponible dans les réseaux d' adduction d'eau, décrit précédemment dans ma demande de brevet nO 88 15936 du 06 Décembre 1988. L'automatisation, la gestion centralisée des réseaux d'adduction d'eau, ainsi que la vérification permanente de la qualite de l'eau distribuée ( pollution des nappes phréatiques et des rivières ), entrainent la mise en place d'appareils électriques ou électroniques dans les ouvrages, tels que les réservoirs sur tour, semi-enterrés ou enterrés, capteurs divers placés sur les conduites...etc. Ces appareils doivent nécessairement être alimentés en énergie electrique, alors que la plupart des sites à équiper en sont généralement dépourvus. Les solutions actuellement utilisées ne sont pas satisfaisantes soit par leur faible autonomie, telles que piles industrielles ou batteries, qui entrainent des operations de maintenance fréquentes, soit par leur exposition au vandalisme et aux intempéries, tels que les panneaux solaires et les éoliennes, soit par la disproportion de l'investissement par rapport à la puissance necessaire, tel que le raccordement au réseau EDF nécessitant l'installation d'une ligne électrique de plusieurs centaines de mètres, voire de plusieurs kilomètres pour une consommation de quelques dizaines de watts, et qui par surcroît augmente la susceptibilité de l'installation aux perturbations atmosphériques. Le dispositif, suivant l'invention,permet de remédier à ces inconvénients. Il comporte en effet une machine tournante, susceptible de fournir de l'énergie électrique, qui est solidaire d'une hélice entrainée par le passage de l'eau. L'ensemble est maintenu dans l'axe de la trajectoire de l'eau, par un montage mecanique qui permet de l'installer, simplement, dans les tuyauteries couramment utilisées dans les réseaux d'adduction d'eau. Les differents organes sont dimensionnés en fonction des installations existantes et de la puissance de la machine generatrice. La circulation d'eau étant généralement intermittente, le dispositif sera avantageusement complété, sans modifier l'esprit de l'invention, par une batterie équipée des circuits régulateur et limiteur de charge habituels. Les dispositifs conçus suivant l'esprit de l'invention permettent de disposer d'energie électrique permanente, là ou l'on en a besoin, pendant une duree illimitée, puisque les réservoirs sont remplis et vidés regulierement, lesdits dispositifs placés à l'intérieur des ouvrages sont protégés contre le vandalisme et les intempéries, restent insensibles aux surtensions induites par les perturbations atmosphériques, et le montant de l'investissement reste en rapport avec le but poursuivi. Une amélioration du fonctionnement est obtenu par l'emploi d'un carter, en une ou plusieurs parties, entourant complètement la machine. Chaque extrémité comporte une ouverture dont la section determine un "tube de courant" indépendant des dimensions de la conduite du réseau d'abduc- tion d'eau, et qui fixe les conditions de fonctionnement de l'installation. La section de passage du ou des carters, déterminant l'énergie motrice, peut-être modifiee, par des bagues de réduction facultatives, de différents diamètres. Pour ajuster la vitesse de rotation de la machine, en fonction des conditions hydrauliques de la conduite dans laquelle elle est placée, l'extrémité du carter enveloppant l'hélice peut recevoir des pales fixes orientables. En agissant sur l'inclinaison des ces pales, par rapport à l'axe de la machine, on fait varier l'angle du courant d'eau par rapport au plan des pales de l'hélice. Comme la vitesse de rotation d'une l'hélice est fonction de cet angle, la possibilité de pouvoir orienter ces pales permet d'ajuster la vitesse de rotation d'une hélice déterminée, dans une certaine plage de vitesse d'écoulement et de débit de l'eau dans la conduite.Des dispositifs de réglages de ces pales fixes, manuellement, automatiquement en utilisant la vitesse de l'eau, ou par asservissement sur la tension de sortie de l'alternateur par un organe moteur extérieur, par exemple, restent dans l'esprit de l'invention. Selon une forme de l'invention, la machine tournante produisant l'énergie électrique est un alternateur mono ou multiphasé ne comportant ni collecteur, ni bagues, ni balais. L'induit est fixe de telle sorte que les deux extrémités de chaque bobine sortent directement par un cable multiconducteurs qui sera raccordé à des circuits connus de redressement des courants alternatifs. Lesdits bobinages peuvent être raccordés en serie ou en parallèle, de façon a permettre la charge de batterie 12 ou 24 volts. L'inducteur, solidaire de l'hélice et portant des aimants permanents, peut tourner indifferemment dans un sens ou l'autre. Cette caractéristique est particulierement intéressante dans certains ouvrages ou le sens de circulation de l'eau peut-être inversé. La conception de l'alternateur, le choix de matériaux inoxydables ou plastiques, le surmoulage des bobinages font qu'il peut-être immergé sans soucis de joints d'étanchéité tour riants, cause de frottements, d'usure et de fuites. Il se remplit et fonctionne plein d'eau. La seule étanchéité à assurer est le passage du cable fixe à travers la conduite, fonction couramment remplie par un presse etoupe. Des trous, aménagés dans le corps et les capots, assurent le refroidissement de l'induit et la lubrification des paliers. La machine ainsi conçue est particulierement fiable et par conséquent tout à fait bien adaptée à des installations isolées, fonctionnant sans surveillance. D'autres particularités de l'invention apparaitront dans la description qui suit, donnée à titre d'exemple, avec les dessins annexés: La figure 1 représente en demi-coupe, une première conception possible de l'invention, avec ltinduit fixe central coiffe par l'inducteur tournant et portant l'hélice. La figure 2 représente une vue de face de cette premiere version, montrant un principe, parmi d'autres possibles, de fixation de la machine à l'intérieur de la conduite, ainsi que l'hélice qui peut ne pas occuper la section totale de ladite conduite. La figure 3 represente une possibilité d'installation de cette version, avec ses 2 carters, à un endroit quelconque d'une conduite, utilisant deux cônes d'adaptation pour conserver la section initiale. La figure 4 représente en demi-coupe, une deuxième version possible de l'invention, avec l'induit fixe à l'intérieur duquel tourne l'inducteur solidaire de l'hélice placée en bout de la machine. La figure 5 réprésente une vue de face de cette deuxième version de l'invention, montrant les bras de maintien de la machine à l'intérieur d'une conduite. La figure 6 représente une possibilité d'installation de cette version, avec carters, pales fixes et bague de réduction, à un endroit quelconque d'une conduite. La figure 7 represente une vue de face de la figure précédente, montrant les bras de maintien de la machine dans son carter par l'intermédiaire d'une couronne, ainsi que les bras de maintien de cette couronne à l'intérieur d'une conduite. La figure 8 représente le carter d'hélice et ses pales orientables par rotation dudit carter sur la couronne. La figure 9 représente une vue en bout du carter d'hélice, montrant les pales orientables. La figure 10 représente un dispositif possible, parmi d'autres, de commande manuelle des pales fixes. La figure 11 représente un dispositif possible, parmi d'autres, de commande automatique de la position des pales fixes, utilisant la force du courant d'eau dans la conduite. La figure 12 représente un dispositif possible, parmi d'autres, d'asservissement de la position des pales fixes par un moteur de commande extérieur. Les figures 13,14 et 15 représentent des possibilités, parmi d'autres, de fixation de la machine à l'arrivée d'une conduite de remplissage, en haut d'un réservoir, au départ d'une conduite de vidage, en bas d'un reservoir et à un endroit quelconque d'une conduite. En référence à ces dessins, le dispositif comporte un corps (1) portant deux paliers (2a)(2b), roulement à billes par exemple, dans lesquels est placé un axe (3). L'induit fixe, constitué d'un circuit magnétique feuilleté (4) et des bobinages (5), est fixé sur le corps (1). Un surmoulage de l'ensemble par une matière isolante (6) en assure l'étan- cherté. L'inducteur (7) muni des aimants permanents (8) est solidaire de l'axe (1). Dans la conception de la figure 1, l'hélice (9) est fixée directement sur l'inducteur (7), tandis que dans la conception de la figure 4, l'hélice est fixée au bout de l'axe (3). Deux capots (10a)(10b) de forme conique, sont fixés aux deux extrémités de la machine. Les figures 1 et 2 pour la première version, et les figures 4 et 5 pour la deuxième version, montrent la fixation de la machine, par les bras (11), en bout d'une conconduite existante (12) dont le diamétre a été augmenté par un cône d'adaptation (13). La fixation est assurée par les boulons (14), passant par des trous percés dans le tuyau (15) solidaire du cône (13), et se vissant dans les extrémités des bras (11). Les trous (38), visibles sur les figures 1 et 4, assurent une circulation d'eau à I'intérieur de la machine, pour refroidir l'induit et lubrifier les paliers. Les figures 3 et 6 representent la machine, rendue solidaire d'une couronne (16) par les bras (17). Ladite couronne, qui supporte les carters (19)(20), est maintenue par les entretoises (23) à l'intérieur du tuyau (22), adapte par les deus cônes inversés (13a) et (13b), à la conduite (12). L'ensemble est tenu par les boulons (14), visses dans les bras (17) à travers des trous percés dans le tuyau (22). Le diamètre extérieur de l'hélice (9), est le plus près possible du diamètre interieur du carter (20), dans le cas de la figure 3, ou de celui de la couronne (16) dans le cas de la figure 6. Dans tous les cas, lesdits carters déterminent un "tube de courant" fixant les caractéristiques de fonctionnement du dispositif, évitent par leur forme le décollage des filets d'eau, et limitent par leur presence la perte de charge introduite par la machine. Les figures 6 et 7 représentent les pales fixes (21), dont les ergots terminaux (25) sont places dans les encoches (18) de la couronne, et les bagues de réduction (37), (a) et (b), à chaque extrémité des carters, qui permettent d'ajuster l'énergie prelévee sur le réseau hydraulique l'énergie électrique nécessaire, donc de réduire au minimum la perte de charge introduite par la machine. La figure 8 représente un moyen de prdréglage de l'angle des pales fixes. Lesdites pales sont solidaires entre elles et du carter (20) du coté de l'ouverture mais libres sur toute la partie conique de celui-ci. Les extrémités libres sont munies d'un ergot (25a)(26b)(25c) (25d) qui, au montage, s'engage dans les encoches (18a)(18b) (18c)(18d) de la couronne (16). En tournant le carter (20) dans les limites du ou des trous oblongs (26), qui y sont prévus, et guidé par les vis (27) vissées dans la couronne (16), mais desserres pendant ce reglage, on provoque un effet de torsion sur les pales fixes (21), qui sont maintenues leurs autres extrémites dans les enchoches (18) mais dans lesquelles elles peuvent coulisser.Cette torsion a pour effet d'incliner lesdites pales dans un sens ou l'autre, comme on peut le voir pour la pale (21a). Le deplacement est indiqué par le repère (28) du carter (20) et la graduation (29) de la couronne (16). Les figures 9 et 10 représentent un montage, entre autres possibles, de commande manuelle des pales fixes, suivant le principe décrit précédemment. Des tiges de commandes (30), permettent de faire pivoter une bague (31) autour du carter (20). Les pales fixes (21) solidaires de la bague (31) sont entrainées en rotation, ce qui a le même effet que de faire tourner le carter (11). Dans l'exemple decrit par la figure 8, le blocage est obtenu en vissant les tiges (30), ce qui a pour effet de pincer le carter (16) entre les lèvres de la bague (31). La figure 11 représente un moyen parmi d'autres, de commande automatique des pales fixes par le courant d'eau. La bague (31) montée sur le carter (20), par l'intermédiaire de billes (33), prisonnières dans des trous ménagés dans ledit carter, peut pivoter librement dans les limites des trous oblongs (32). Les pales (21) sont toujours solidaires de la bague (31) qui porte également, coté extérieur, d'autres pales (34) placées dans le courant principal de la conduite. Ces pales, inclinées par rapport au sens d'écoulement provoque un couple de rotation, qui entraine les pales intérieures (21) par l'intermédiaire de la bague (31). L'inclinaison des pales (34) est choisie de façon qu'une augmentation de la vitesse d'ecoulement dans la conduite provoque une modification de l'angle du courant à l'inte- rieur de la machine, de façon a maintenir constante la vitesse de rotation de l'hélice. Les pales (21) réalises dans un matériau ayant une certaine élasticité, font office de ressorts de rappel. La figure 12 représente un montage permettant l'asservissement de la vitesse de rotation de la machine par un organe moteur extérieur. La bague (31) montee à l'extrémité du carter (20), par l'intermédiaire des billes (33), porte un secteur de pignon cônique (35) sur lequel vient s'engrainer le pignon moteur (36). En modifiant la position des pales (21), la rotation de ce pignon change le fonctionnement de la machine. Les figures 13, 14 et 15 représentent différentes possibilités d'installation de la machine, en bout ou au milieu d'une conduite d'adduction d'eau, utilisant toutes ou parties des organes décrits précédemment. L'invention n'est pas limitée aux formes décrites et se prête & de nombreuses variantes conformes à son esprit. En particulier la forme ou la nature des differents éléments constituant la machine et de ceux servant à son montage peuvent être modifiées pour des raisons de commodité de fabrication ou d'installation. De même la conception le la machine génératrice d'électricité, peut subir de nombreuses variantes, y compris l'utilisation de machines électriques classiques. On peut aussi concevoir une machine se rapprochant de celles décrites ci-dessus, mais dont les elements seraient disposes différemment. Toutes ces modifications restent dans le cadre des moyens principaux de l'invention. Le dispositif, suivant l'invention, est particulièrement destiné à la production d'énergie électrique dans les ouvrages isoles des reseaux d'adduction d'eau. C'est une solution pratique, économique et particulièrement fiable pour assurer l'alimentation des appareillages électriques ou électroniques indispensables à l'automatisation, à la télé- gestion et aux contrôles de qualité, de plus en plus fréquents de ces installations. REVENDICATIONS 1) Dispositif de production d'energie électrique, caractérisé en ce qu'il utilise tout ou partie de l'énergie hydraulique disponible dans les réseaux d'adduction d'eau au cours des opérations de remplissage et de vidage, et en ce qu'il comporte une couronne (16) munie de 2 carters(19)(20), ouverts à leurs extrémités, ladite couronne maintenant a l'intérieur de ces carters, sur la trajectoire de l'eau et par l'intermédiaire des bras (17), une machine génératrice d'électricité, munie d'une helice (9) dont le diamiètre exterieur est le plus prés possible du diamètre interieur de la couronne ou du carter, ladite couronne étant elle-même maintenue par les entretoises (23), à l'intérieur d'un tuyau (22) raccordé par 1 ou 2 cônes (13) à une conduite existante (12) dans laquelle l'eau circule. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dimensions des carters (19)(20), déterminent un "tube de courant" fixant les caractéristiques de fonctionnement du dispositif, évitent par leur forme le decollage des filets d'eau, et limitent par leur présence la perte de charge introduite dans la conduite. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérise en ce que le carter (20), est équipé de pales fixes mais orientables (21), permettant de faire varier la vitesse de rotation de la machine. 4) Dispositif selon la renvendication 3, caractérisé en ce que le carter (20) de la machine reçoit une bague (31) permettant de commander manuellement la position des pales orientables (21). 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la rotation de la bague (31), montée sur billes, est commandée automatiquement par le courant d'eau extérieur, afin de maintenir la vitesse de rotation constante, malgré des variations de la vitesse du courant. 6) Dispositif selon les revendications 4 et 5, caractérise en ce que la rotation de la bague (31), reglant la position des pales fixes (21), est commandée extérieurement par un couple de pignons (35)(36), pour asservir la vitesse de la machine. 7) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les carters (20) et (21), sont munis de bagues de réduction de diamètre, amovibles, (37) permettant d'ajuster l'énergie prélevee sur le reseau hydraulique à celle de l'énergie électrique nécessaire, donc de réduire au minimum la perte de charge introduite par la machine. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les carters (10a)(10b) et le corps (1) sont percés de trous (38) pour permettre le refroidissement de l'induit et la lubrification des paliers.