Brevet FR2849472A1 — publié le 20040702

Domaine technique de l'invention La présente invention est relative à des roues hydrauliques à aubes, dispositif qui utilise l'énergie potentielle et dynamique de l'eau des cours d'eau ou des marées pour la transformer en énergie mécanique et ou en électricité. Etat de la technique Les roues existantes jusqu'à ce jour, d'utilisation de l'énergie de l'eau dans le sens naturel du courant, sont des roues à aubes assemblées sur un chassis tournant constitué en général de disques avec des rayons de maintient jusqu'à l'axe de 10 rotation, le volume utilisé par la roue est ainsi un volume cylindrique plein qui indu l'axe, toutes sortes de roues à aubes ont vu le jour, dites de dessus, de coté, de dessous etc... La plus perfectionnée a été la roue vanne Sagebien au l9ième siècle qui utilisait la pression de la hauteur de l'eau de sortie basse d'une vanne située juste en amont. 15 Des roues nouvelles du même principe que la Sagebien sont apparues qui font barrage d'eau par elles mêmes, par leur axe constitué d'un cylindre tournant, mais la pénétration des pales dans l'eau du fait de leur liaison avec le cylindre entraine des contraintes nuisibles à l'écoulement et à la géométrie de l'ensemble, ce même problème avait contraint Sagebien à des roues de diamètres très importants La présente roue utilise la totalité du potentiel de la hauteur d'eau en n'imposant aucune contrainte à l'écoulement naturel, les seules pertes sont les pertes de débits des fuites liées à la précision de la fabrication réduites dans ce cas au minimum aux jeu des aubes dans le canal d'évacuation. Une demande a été déposée pour une turbine hydraulique à aubes dans laquelle 25 les aubes sont maintenues par un disque mince plein et non évidé, lié avec un axe de rotation. Description La présente invention concerne une roue à aubes qui utilise l'énergie potentielle 30 et dynamique de l'eau des cours d'eau ou des marées pour la transformer en énergie mécanique laquelle peut être transformée en électricité , elle se compose: - d'une partie mobile tournante dite rotor (1) avec des aubes (2) tournant autour d'un axe théorique horizontal (6), il n'y a pas d'axe matériel. - d'une partie fixe (4) faisant office du barrage nécessaire à la retenue de la 35 hauteur d'eau - d'un canal d'entrée et de sortie des eaux (5) L'innovation est constituée par la forme de la partie mobile (1) sans axe, qui rend possible, dans le volume laissé libre par son mouvement, la réalisation de -2 l'élément de retenue des eaux (4), le canal d'entré (5) est dimentionné et fait partie intégrante du dispositif, le tout permet, du fait de l'écoulement naturel de l'eau sans contraintes, les plus hauts rendements pour de faibles hauteur de retenues d'eau. Le dispositif selon La Figure exemple 1 comporte une partie tournante (1) constitué de disques extérieurs ( 3) support des aubes (2) l'exemple comporte seize aubes, mais leur nombre pourra varier en fonction du diamètre de la roue et de sa longueur, liés aux débits et aux hauteurs d'eau à traiter et c'est cet ensemble qui est 10 mobile autour de l'axe théorique, pour les mêmes raisons des disques supports intermédiaires pourront être nécessaires, ces disques sont évidés dans leur partie centrale et n'ont pas d'axe, ainsi le volume de déplacement rotatif est limité à la seule enveloppe extérieure d'un cylindre d'une épaisseur directement issue du seul encombrement volumétrique des aubes dans l'espace. Ces aubes (2) dans l'exemple sont maintenues et fixées au deux extrémités de leur longueur sur les deux disques extérieur (3), la trajectoire des aubes (7) n'utilisant qu"un volume cylindrique restreint extérieur, laisse ainsi parfaitement libre le volume cylindrique intérieur, entièrement libre et sans axe, dans lequel est implanté la partie fixe (4) qui fait office du barrage de retenue des eaux, cette 20 partie fixe, de forme très variable, comporte des disques fixes (8) qui servent de chemin de guidage et de roulement aux disques mobiles (3), le contact et le roulement est assuré par des galets (9) en nombre variable fonction des diamètres et des efforts à transmettre. Les aubes (2) ont une forme hydrodynamique afin, d'une part de donner 25 une raideur suffisante à leur tenue mécanique et d'autre part du fait de leur inclinaison, leur permettre lors de leur pénétration et de leur déplacement dans l'eau jusqu'à l'entrée ( 5) de développer des forces hydronynamiques favorables au sens de rotation du rotor et non opposées. L'ensemble mobile et sans axe, constitué par ces disques (3) et ces aubes (2) est guidé et maintenu au contact de la partie fixe par l'intermédiaire de roulements (9) à billes étanches à l'eau, ce sont ces roulements qui permettent la mise en rotation de l'ensemble avec le minimum de pertes, suite à la pression excercée par la hauteur d'eau sur les aubes dans le chenal. 35 Suivant la Figure 2: le volume non mobilisé par le déplacement rotatif des aubes permet d'intégrer la partie fixe (4) et sans axe, formant le barrage fixe de retenue des eaux, et ses guides circulaires (8), et laisse uniquement en partie basse -3 le passage (5) pour les pales (2), ce barrage constitue lui-même par sa forme géométrique le canal d'amenée (5) et de sortie des eaux adapté aux débits de chaque ouvrage.Cette partie fixe est liée à des parois verticales en béton (10) qui font office de retenue latérales des terrains. L'ensemble tournant comporte à l'une de ses extrémités un roue dentée circulaire (12) qui permet d'entraîner ou bien les éléments mécaniques ou ceux du multiplicateur de vitesse nécessaire à la transformation d'une vitesse de roue de l'ordre de 20tours/minute aux vitesses nécessaires à la production électrique des 10 générateurs de l'ordre de 1000 tours/minute. Le diamètre hors tout de la roue du fait de la position de l'axe et des impératifs de pénétration dans l'eau des aubes pourra être très variable. L'action de la pression de l'eau sur les aubes dans le chenal bénéficie d'un bras de 15 levier très important, ce qui permet une mise en fonctionnement avec le minimum d'énergie. Les hauteurs d'eau pourront être très basses jusqu'à des hauteurs de 4 m ou plus. Les seules limitations du dispositif sont imposées par les contraintes de tenue 20 mécanique et de précision des différents matériaux mis en oeuvre. Dans l'exemple représenté par les figures 1 et 2 - la hauteur H de la retenue d'eau est de 2 m - la hauteur des aubes est de 60 cm - la hauteur totale de la roue est de 4m - le débit est de l'ordre de 3,5m3/sec - la puissance produite nette à la sortie du générateur est de l'ordre de 60kW. Les puissances visées par le présent dispositif pourront être de l'ordre de lOkW à 2000kW. Application industrielle projetée La fabrication générale des éléments, y compris celle des aubes, du fait de leur forme, est très simple et économique. L'assemblage de l'ensemble peut parfaitement être réalisé sur les sites eux-même 35 La hauteur totale de l'ensemble ainsi que l'énergie produite sont fonction des deux paramètres constituée par les deux éléments différents assemblés: la partie fixe (4-8) ( hauteur d'eau) et les aubes ( débits) ( 2), il est ainsi possible par combinaison de ces deux éléments qui peuvent répondre chacun à un standard de -4 fabrication de répondre par un ensemble standart à de multiples variations de productions.mécaniques et d'energie, ce qui peut conduire à une industralisation du système et une maîtrise parfaite des couts. La conception permet l'installation simple et rapide, après terrassement, en quelques parties préassemblées de cet ensemble aux caractéristiques bien définies et garanties; ce qui ouvre un champ d'équipement nouveau avec l'utilisation des débits et des dénivellations les plus faibles actuellement peu utilisées, ceci pour des couts d'équipement et d'exploitation les plus réduits. 10 Environnement La circulation de l'eau ainsi que la plage des vitesses d'écoulement restent dans le cadre des écoulements naturels, la forme et la distance entre palettes permettent le passage des espèces vivantes sans aucun dommage, répondant ainsi aux 15 préoccupations des pécheurs et des protections écologiques et laisse aussi passer la plupart des objets entraînés par le courant. Ne sont donc nécessaires que des grilles de protection à mailles larges pour des objets importants. Les réalisations restent dans l'optique esthétique des roues à aubes traditionnelles. -5 REVENDICATIONS 1 - Dispositif selon l'invention pour capter l'énergie hydraulique caractérisé par une roue barrage à aubes constituée: -d'une partie tournante ( 1) à aubes ( 2) maintenues par des disques (3) dont la forme et le volume de déplacement de l'ensemble, sans axe, permet l'implantation 5 d'une partie fixe (4-8), entièrement libre, laquelle fait office du barrage nécessaire à la retenue de la hauteur d'eau et de chemin de roulement de l'ensemble tournant. 2 -Dispositif selon la revendication 1 caractérisée par un disque ( 3) support des aubes (2) lequel disque comporte des galets (9) de roulement et de guidage de l'ensemble tournant sur la partie fixe (4-8) 10