Brevet FR2849679A1 — publié le 20040709

- 1 Domaine technique de l'invention La présente invention est relative à des aubes pour roues hydrauliques à aubes, ces aubes permettant par leur variation géométrique le réglage et le controle des débits d'eau. Etat de la technique Les aubes existantes jusqu'à ce jour sont des aubes fixes assemblées sur un chassis tournant constitué de disques, ces aubes transmettent l'énergie potentielle de l'eau aux différents mécanismes lors de leur passage dans le canal d'évacuation 10 ou coursier. Les caractéristiques géométriques de la roue et des aubes, pour une hauteur d'eau donnée, donnent un débit unique et parfaitement défini, sans aucune possibilité de réglage, si ce n'est un fonctionnement en tout ou rien par arrêt de la roue. Le débit est l'addition dans le temps des volumes d'eau, qui passent dans le coursier, volume contenu entre deux aubes successives. Le présent dispositif d'aubes à formes multiples remédie à cet inconvénient, majeur en cas de variation des débits dans le temps des saisons, et permet la maitrise absolue des débits en maintenant la hauteur d'eau en amont, sans perte 20 du rendement lié à la hauteur d'eau. Description La présente invention concerne des aubes, suivant la figure 1, qui représente une aube en coupe transversale, dont les différentes formes sont obtenues par une 25 partie fixe (1) et par des parties mobiles articulés (2) (3) appelées clapets. Ces aubes sont assemblées sur une couronne circulaire (7) de forme tubulaire et une section rectangulaire. Ces clapets tournent autour d'un axe de rotation (4) Le clapet extérieur (2) est articulé de facon à épouser la forme extérieure du 30 coursier qui est aussi la forme extérieure de la couronne (7) Le clapet intérieur (3) est articulé de facon à épouser la forme intérieure du coursier qui est aussi la forme intérieure de la couronne (7) Ces clapets sont guidés et positionnés, en leur autre extrémité, par 35 l'intermédiaire de rainures (6) en creux dans la couronne (7) support des aubes avec une profondeur différente du fait de leur superposition. Lorsque les clapets (2) (3) sont rabattus sur la partie aube fixe (1) ils remplissent la fonction d'aube, ce qui est le cas dans la figure 1. -2 Lorsque les clapets (2) (3) sont en position ouverte, ils assurent l'étanchéité à l'eau du volume entre deux aubes, ce volume ne peut plus se remplir d'eau et reste vide. L'isolation ou non de ce volume entre deux aubes successives permet ainsi: - soit le remplissage de ce volume par l'eau 5 - soit l'impossibilité pour l'eau de le remplir Le débit pour un tour complet de la roue est l'addition des volumes entre deux aubes, aussi en occultant par ce dispositif l'un de ces volumes, le débit sera diminué en proportion du nombre des intervalles entre les aubes et donc du nombre des aubes. La position des clapets des aubes est commandée par des moteurs électriques ou par des microvérins hydrauliques, positionnés dans la couronne (7), qui fonctionnent par commande numérique en fonction des réglages nécessaires au maintient des niveaux d'eau, directement lié aux débits. L'innovation est constituée par la forme multiple des aubes (1-2-3) qui rend 15 possible la neutralisation du volume entre deux aubes sans altérer l'écoulement naturel de l'eau, ni la hauteur de la retenue d'eau, ce qui permet de maitriser les débits de la roue en proportion des volumes équipés, sans aucune altération des rendements. Les aubes peuvent être équipés, soit de deux clapets, soit de l'un ou l'autre clapet. 20 La description est illustrée par l'exemple suivant: La figure 2 représente l'exemple d'une roue avec 16 aubes fixes, soit 16 intervalles entre deux aubes, soit pour un tour complet de la roue, 16 volumes entre deux aubes. Le coursier (5) est le passage inférieur dans lequel se transmet les efforts mécaniques. La figure 3 représente le quart de la roue, en coupe sur les aubes, dans un cas ou un volume sur deux peut être occulté ou non, les aubes sont alors équipées, successivement, soit du clapet extérieur (2), soit du clapet intérieur (3). 30 La figure montre: - les clapets rabattus sur les parties fixes: position B - les clapets en position ouverte: position A C'est ainsi, qu'en position A, le volume entre deux deux aubes ne peut plus se 35 remplir d'eau. L'isolation d'un volume, dans cet exemple, réduira le débit de 1/16 ième de sa valeur, le débit pourra ainsi être réduit progressivement de 1/16 ième jusqu'à une réduction de 8/16 ième soit la moitié du débit nominal de la roue. -3 La figure 4 représente le quart de la roue, en coupe sur les aubes, dans un cas ou deux volumes sur trois peuvent être occultés ou non, les aubes sont alors équipées, successivement, soit du clapet extérieur (2), position E, soit du clapet intérieur (3), position C, et à la fois des deux clapets, position D, conformément à la figure 1. La figure montre: - une aube avec un clapet (3) rabattu sur la partie fixe (1) : position C - l'aube suivante avec les deux clapet (2-3) rabattus sur la partie fixe (1): position D et deux rainures de guidage isolées pour chaque type de clapet. -une aube avec un clapet (2) rabattu sur la partie fixe (1) : position E Dans cette formule, pour un bon équilibrage de la roue, le nombre des aubes sera de préférence un multiple de trois Dans l'exemple de la figure 2: - la hauteur H de la retenue d'eau est de 2 m - la hauteur des aubes est de 60 cm et la largeur 4m. 15 - le débit est de l'ordre de 7m3 /sec avec le sytème d'aubes multiforme, le débit pourra être baissé, progressivement de 1/16 ième, soit de 7m3 / sec à 3,5m3 / sec ( suivant figure 3) et environ 2m3/sec ( suivant figure 4) et en équipant la totalité des aubes suivant la figure 1, ce débit pourrait être progressivement réduit, si nécessaire, de 1 / 16ième 20 jusqu'à l'arrêt total de la roue. L'équipement de la roue sera déterminé, cas par cas, en fonction des objectifs de débit et de puissancs attendue, et pourra aller de l'équipenent d'un intervalle entre deux aubes jusqu'à 100% des intervalles. Application industrielle projetée La fabrication des aubes, du fait de leur forme, est simple et économique et peut faire appel à toutes sortes de matériaux, et seront, du fait de la précision nécessaire à leur fonctionnement, et en fonction des matériaux retenus, soit usinées avec des machines à commande numériques soit moulées dans des moules de précision. Cette innovation répond à un problème essentiel de maitrise des débits des turbines, problème auquel répond les turbines hélices classiques à grande vitesse par des pales orientables, mais avec de grandes variations des rendements hydraulique. Avec ces aubes la perte de rendement hydraulique n'existe plus, la seule variation de rendement est celle des mécanismes et roulements, composants existant très performant, aussi la variation globale de rendement de la roue sera pratiquement nulle, la puissance variera uniquement en proportion du débit maitrisé et quel que soit l'importance de cette proportion, ce qui n'a jamais existé jusqu'à ce jour. -4 REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'aubes à forme multiple, pour roue hydraulique à aubes, pour controler le débit de l'eau des turbines hydrauliques, ces aubes étant constituées comme suit selon la figure 1 - d'une partie aube fixe ( 1) - d'une ou deux parties mobiles (2-3) qui, par leur position ouverte, permettent d'isoler le volume entre deux aubes et le rend ainsi étanche à l'eau, ce qui réduit le débit de passage de l'eau dans la roue en proportion du nombre des aubes de la 10 roue. 2 -Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par un assemblage des aubes sur des couronnes (7) dont le volume de forme tubulaire permet l'implantation de moteurs ou de vérins de commande des parties mobiles. 3 -Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par des aubes dont la forme et le 15 volume épouse, hors les jeux nécessaires, le volume du coursier de la roue, permettant ainsi toute modification des caractéristiques de débit de la roue.