Brevet FR2946398A1 — publié le 20101210

i La présente invention concerne une turbine à vitesse de rotation ajustable, ainsi qu'un moulin équipé d'une telle turbine. On connaît déjà d'après l'état de la technique le moulin à eau, dans lequel une roue ou "turbine" est entrainée en rotation par un flux d'eau qui vient 5 frapper ses pales. Toutefois, dans sa forme de réalisation la plus simple, la vitesse de rotation de l'arbre de sortie de la roue du moulin ne peut être modifiée. Pour se faire, il est nécessaire de prévoir, en aval de cet arbre, soit une série d'engrenages qui permettent d'accroitre ou de diminuer la vitesse finale de rotation selon un 10 rapport de transmission fixe, soit une boite de vitesses qui permet de sélectionner différents rapports et donc différentes vitesses de sortie. Or, ces engrenages sont fortement sollicités, soumis à une usure non négligeable et nécessitent un entretien coûteux. De plus, un tel dispositif ne permet pas d'obtenir les vitesses de rotation qui correspondent à des rapports de 15 transmission intermédiaires de ceux préétablis. Un objectif de l'invention est de pallier ces inconvénients. L'invention a notamment pour objectif de fournir une turbine dont la vitesse de rotation de l'arbre de sortie puisse être ajustée finement, c'est-à-dire sur une grande plage de valeurs, et ce, par des moyens simples à mettre en oeuvre, 20 simple à utiliser et également peu couteux. A cet effet, l'invention concerne une turbine à vitesse de rotation ajustable. Conformément à l'invention, - elle comprend un rotor destiné à être entrainé en rotation par un 25 fluide hydraulique et un organe de commande de la variation de la vitesse de rotation dudit rotor, - la surface extérieure dudit rotor comporte plusieurs cannelures longitudinales, parallèles à son axe de rotation et à l'intérieur de chacune desquelles est logé un volet pivotant, ce volet pivotant autour d'un axe de pivotement parallèle 30 à l'axe de rotation dudit rotor, ce dernier comprenant un arbre de sortie coaxial à son axe de rotation, - et ledit organe de commande permet d'assurer le pivotement simultané et de même amplitude de chacun desdits volets pour les amener dans 2 différentes positions, de sorte que chaque volet peut occuper une position dite "déployée", dans laquelle il obture l'ouverture de la cannelure à l'intérieur de laquelle il est monté et dans laquelle la vitesse de rotation de l'arbre de sortie dudit rotor est maximale, une position dite "repliée", dans laquelle il est rabattu au maximum à l'intérieur de ladite cannelure et dans laquelle la vitesse de rotation de l'arbre de sortie dudit rotor est minimale et toutes les autres positions angulaires intermédiaires, dans lesquelles la vitesse de rotation de l'arbre de sortie dudit rotor est inférieure à ladite vitesse maximale et supérieure à ladite vitesse minimale. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison : - l'axe de pivotement de chaque volet est situé à proximité de l'un des deux bords longitudinaux de l'ouverture de la cannelure à l'intérieur de laquelle il est monté ; - ledit rotor comprend un cylindre cannelé et deux flasques en forme de disques fixés à chacune des extrémités dudit cylindre, de façon à obturer les deux extrémités des cannelures qui y sont ménagées et les deux extrémités de chaque axe de pivotement d'un volet sont reçues respectivement dans les deux flasques ; - ledit organe de commande est un poussoir apte à coulisser axialement par rapport audit rotor et muni de moyens de déplacement angulaire desdits volets ; - lesdits moyens de déplacement angulaire desdits volets sont des tiges arquées solidaires de l'organe de commande et lorsque cet organe de commande est positionné de façon que les sommets des arcs des tiges arquées soient situés sous les volets, ceux-ci sont en position déployée, lorsque l'organe de commande est positionné de façon que les extrémités des tiges arquées soient situées sous les volets, ceux-ci sont en position repliée et lorsque cet organe de commande est positionné de façon que les portions des tiges arquées situées entre le sommet et l'extrémité soient situées sous les volets, ceux-ci sont dans l'une desdites positions intermédiaires ; - ledit rotor comprend un cylindre cannelé et deux flasques en forme de disques fixés à chacune des extrémités dudit cylindre, de façon à obturer les deux extrémités des cannelures qui y sont ménagées et l'un des deux flasques est percé d'une pluralité d'orifices permettant le passage desdites tiges arquées ; - chaque volet est constitué d'une plaque dont l'une des extrémités est 35 repliée vers le centre du rotor pour définir une ailette, cette dernière étant percée 3 d'un trou de passage et de guidage de l'une des tiges arquées dudit organe de commande ; - ledit poussoir et ledit rotor sont coaxiaux ; - ladite turbine comprend des moyens de guidage axial dudit poussoir 5 par rapport audit rotor. L'invention concerne également un moulin hydraulique. Conformément à l'invention, il comprend un carter à l'intérieur duquel est logée une turbine telle que définie précédemment, ce carter étant muni d'un orifice d'introduction d'un fluide hydraulique vers ladite turbine et d'un orifice d'évacuation 10 de ce fluide hydraulique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés, qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, un mode de réalisation possible. Sur ces dessins : 15 - les figures 1 et 2 sont des vues en perspective de la turbine conforme à l'invention, représentée dans deux positions de fonctionnement différentes, - la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale du rotor de la turbine, - la figure 4 est une vue en perspective du rotor de la turbine conforme à l'invention, sur laquelle les volets ont volontairement été écartés vers l'extérieur, - la figure 5 est une vue en perspective de l'organe de commande de la variation de la vitesse de rotation de la turbine. Le moulin conforme à l'invention va maintenant être décrit en faisant référence aux figures. Il comprend une turbine à vitesse de rotation ajustable, objet de l'invention, et un carter qui permet l'alimentation de la turbine en fluide hydraulique et l'évacuation de ce fluide en sortie de turbine. Par "fluide hydraulique", on entend tout liquide, tel que de l'huile ou de l'eau. Comme on peut le voir sur la figure 1, la turbine comprend un rotor 1, entraîné en rotation par un fluide hydraulique (schématisé sur les figures par la flèche F) et un organe 2 de commande de la variation de la vitesse de rotation dudit 35 rotor 1. 20 25 30 4 Le carter du moulin, non représenté sur les figures, présente une cavité de réception du rotor 1 et de l'organe de commande 2, ainsi qu'un orifice d'introduction du fluide hydraulique pour que celui-ci vienne frapper la surface extérieure du rotor 1, selon un angle approprié, par exemple de façon tangente et un orifice d'évacuation de ce fluide, en aval du rotor. Cette alimentation en fluide hydraulique a pour effet d'entraîner la rotation du rotor 1 autour d'un axe de rotation référencé X-X'. Ce rotor 1 va maintenant être décrit plus en détail. Comme cela apparaît mieux sur la figure 4, le rotor 1 comprend un cylindre cannelé 11, aux deux extrémités duquel sont fixés deux flasques 12, 13, ayant chacun la forme d'un disque de faible épaisseur et de même diamètre ou sensiblement de même diamètre que celui du cylindre 11. Le rotor 1 comprend également un arbre de sortie 14, qui traverse de part en part le cylindre 11 et les deux flasques 12, 13 et qui s'étend coaxialement à 15 l'axe de rotation X-X' dudit rotor. Le cylindre 1l, les deux flasques 12 et 13 et l'arbre de sortie 14 sont montées solidaires en rotation, de sorte que la rotation du cylindre 11 entraîne la rotation de l'arbre de sortie 14. Le cylindre 11 est par exemple serti sur l'arbre 14. L'arbre de sortie 14 présente deux extrémités 142, 143 qui 20 débouchent respectivement à l'extérieur des deux flasques 12 et 13. La surface extérieure du cylindre 11 comporte une pluralité de cannelures longitudinales 110, qui s'étendent selon des axes parallèles à l'axe de rotation X-X' dudit rotor. Sur le mode de réalisation représenté sur les figures, ces cannelures 25 sont au nombre de sept. Toutefois, ce nombre pourrait être différent. De préférence, et comme cela apparaît mieux sur la figure 3, chaque cannelure 110 présente en coupe transversale radiale une forme sensiblement rectangulaire. Chaque cannelure 110 présente un fond 111, est bordée par deux 30 parois longitudinales 112, respectivement 112', en regard l'une de l'autre et débouche sur l'extérieur au niveau d'une ouverture 113 de forme sensiblement rectangulaire. En outre, l'ouverture 113 de chaque cannelure est délimitée longitudinalement par deux bords 114, respectivement 114', qui correspondent à 35 l'arête d'intersection entre une paroi longitudinale 112, respectivement 112', et la surface extérieure du cylindre 11. A l'intérieur de chaque cannelure 11 est monté un volet pivotant 15. Chaque volet 15 est constitué d'une plaque ou lamelle de forme générale rectangulaire qui peut pivoter autour d'un axe de pivotement 150. L'axe de pivotement 150 est solidaire de l'un des deux côtés 5 longitudinaux dudit volet 15 et ses deux extrémités sont reçues dans des cavités ménagées à cet effet dans les faces intérieures respectives 120 et 130 des deux flasques 12 et 13, c'est-à-dire les faces situées en regard l'une de l'autre. L'axe de pivotement 150 s'étend parallèlement à l'axe de rotation X-X' du rotor 1 et le long de l'un des bords longitudinaux de l'ouverture 113, par exemple sur la figure 3, le bord longitudinal 114' de l'ouverture 113. On notera que tous les volets 15 sont montés à l'intérieur des cannelures de façon que leurs axes de pivotement respectifs s'étendent le long du même bord longitudinal des cannelures, par exemple le long du bord gauche 114' sur la figure 3. Selon un premier mode de réalisation représenté sur la figure 4, chaque volet 15 est replié à son extrémité située en regard du flasque 13, de façon à définir une ailette 151 qui s'étend perpendiculairement au plan du volet 15, en direction de la cannelure 11. Chaque ailette 151 est percée d'un trou 152. Selon un second mode de réalisation non représenté sur les figures et mieux adapté à la miniaturisation de la turbine, il est possible de supprimer les ailettes 151. Chaque volet 15 peut pivoter librement. Toutefois, on notera que la position dans laquelle les volets 15 sont représentés sur la figure 4 ne correspond pas à une position normale de fonctionnement. Sur cette figure, les volets 15 ont volontairement été positionnés à l'extérieur du rotor 1 à des fins d'explication de la structure de ce dernier. Dans le second mode de réalisation des volets 15 dans lequel les ailettes 151 sont supprimées, et afin d'éviter justement que les volets ne s'écartent vers l'extérieur du rotor 1 à cause de la rotation de la turbine, il sera alors préférable de prévoir, dans chaque cannelure, un ou plusieurs ergots, faisant saillie depuis la partie supérieure de la face intérieure 120 du flasque 12 et/ou de la face intérieure 130 du flasque 13. Il est possible de prévoir une ou deux enchâssures sur les côtés des volets qui viendront arrêter les volets sur ces ergots. 6 L'organe de commande 2 permet d'assurer le pivotement simultané de chacun des volets 15 pour les amener dans différentes positions de fonctionnement. Chaque volet 15 peut ainsi occuper une première position, dite "déployée", dans laquelle il obture l'ouverture 113 de la cannelure 1 l à l'intérieur de laquelle il est monté. Cette position est représentée sur la figure 2 et en pointillé sur la figure 3. Le volet 15 peut également occuper une deuxième position, dite "repliée", dans laquelle il est rabattu au maximum à l'intérieur de la cannelure 11. Cette position est représentée sur la figure 1 et en trait plein sur la figure 3. Enfin, le volet 15 peut également être déplacé dans toutes les autres positions angulaires intermédiaires entre ces deux positions extrêmes. Un exemple de réalisation de l'organe de commande 2 va maintenant être décrit. De préférence, cet organe 2 est un poussoir, apte à coulisser axialement par rapport au rotor 1 et muni de moyens de déplacement angulaire simultané desdits volets 15. Le poussoir 2 comprend un support cylindrique plein 20, de préférence de même diamètre que celui des flasques 12 et 13 et à l'intérieur duquel est inséré axialement un axe creux 21. Ce dernier est solidaire en rotation dudit support 20. Comme on peut le voir sur la figure 5, l'extrémité de l'axe creux 21 débouche au niveau de la face intérieure 200 du support 20, c'est-à-dire la face destinée à être montée en regard du flasque 13. Le poussoir 2 est monté sur le rotor 1, de façon que l'extrémité 143 de l'arbre de sortie 14 pénètre à l'intérieur de l'axe creux 21. Le poussoir 2 peut ainsi coulisser axialement sans jeu notable par rapport au rotor 1, soit pour s'en rapprocher comme représenté sur la figure 2, soit pour s'en éloigner comme représenté sur la figure 1. L'axe creux 21 et l'arbre 14 sont donc coaxiaux d'axe X-X'. Les moyens de déplacement des volets sont constitués par une pluralité de tiges arquées 22, ici au nombre de sept, fixées à l'une de leurs extrémités dans le support 20. Les tiges arquées 22 sont positionnées de façon que leur partie concave soit orientée vers l'axe X-X'. Chaque tige arquée présente un sommet 220 35 et une extrémité libre 221. 7 Comme cela apparait mieux sur la figure 4, le flasque 13 positionné en regard de l'organe de commande 2, comporte des orifices débouchants 131 ménagés en regard de chaque cannelure 11. Ici, ces orifices débouchants 131 sont donc au nombre de sept. Lorsque le poussoir 2 est monté sur le rotor 1, et que les volets 15 comportent des ailettes 151, l'extrémité de chaque tige arquée 22 traverse l'orifice débouchant 131 en regard duquel elle est positionnée et pénètre à l'intérieur du trou 152 ménagé dans l'ailette 151 du volet 15 correspondant. Ce trou 152 sert de moyen de guidage de la tige arquée 22. Lorsque les volets 15 ne comportent pas d'ailettes 151, les tiges arquées 22 passent simplement directement sous les volets 15 et la pression exercée par le fluide hydraulique plaque les volets 15 contre les tiges 22 de poussoir. Des moyens complémentaires de guidage axial du poussoir 2 par rapport au rotor 1 sont en outre prévus. Ces moyens de guidage sont constitués par exemple par plusieurs tiges 23 solidaires du support 20 et qui s'étendent depuis la face intérieure 200 de celui-ci, parallèlement à l'axe X-X'. Ces tiges 23 sont visibles sur la figure 1 uniquement et n'ont pas été représentées sur la figure 5. Sur cette dernière figure, apparaissent uniquement les orifices de passage 223 de ces tiges qui sont fixées, par exemple par vissage sur le support 20. Ces tiges 23 sont par exemple au nombre de trois, réparties à 120° autour de l'axe de rotation X-X'. Les extrémités libres de ces tiges 23 sont reçues dans des alésages 132, 116 ménagés respectivement dans le flasque 13 et à l'intérieur du cylindre 11. Les dimensions de la cavité du moulin à l'intérieur de laquelle est logée la turbine permettent de limiter la course axiale du piston 2, en empêchant que celui-ci ne se désolidarise du rotor 1. La présence de ces tiges de guidage 23 permet également de rendre le rotor 1 et le poussoir 2 solidaires en rotation. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. On comprend aisément que lorsque le poussoir 2 est proche du rotor 1, les sommets 220 des tiges arquées 22 ou les parties voisines de ces sommets 220 se trouvent sous les volets 15, en amenant ceux-ci dans la position déployée décrite précédemment et représentée sur la figure 2. Dans cette position, la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 14 du rotor 1 est maximale. 8 Inversement, comme représenté sur la figure 1, lorsque le poussoir 2 est écarté au maximum du rotor 1 ce sont alors les extrémités libres 221 des tiges arquées 22 qui se trouvent sous les volets 15 de sorte que ces derniers sont alors dans la position repliée décrite précédemment. Dans cette position, la surface extérieure du cylindre 1l, en contact avec le fluide F est moindre et la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 14 est minimale. Les tiges arquées 22 ayant toute la même forme, le déplacement de l'organe de commande 2 a pour effet de provoquer le déplacement non seulement simultané mais également de même amplitude des volets 15 (c'est-à-dire de même degré d'extension ou de rétraction). De plus, la course axiale de l'organe de commande 2 est liée corrélativement à la course de pivotement angulaire des volets 15. Lorsque le poussoir 2 se trouve dans toutes les autres positions axiales intermédiaires, la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 14 est à la fois inférieur à la vitesse maximale et supérieure à la vitesse minimale telles que précitées. La modification de la position angulaire des volets 15 permet de modifier l'écoulement du fluide hydraulique ce qui a une incidence sur la vitesse de rotation de la turbine. La turbine conforme à l'invention présente de nombreux avantages. Elle est notamment simple à fabriquer et à utiliser. Son coût de fabrication est faible et elle permet d'obtenir aisément toutes les vitesses de rotation intermédiaires entre une vitesse maximale et une vitesse minimale. Une telle turbine et son moulin pourraient par exemple être utilisés 25 dans l'industrie automobile en lieu et place d'une boite de vitesses ou à la place d'un dérailleur de bicyclette. 30 REVENDICATIONS1. Turbine à vitesse de rotation ajustable, caractérisée en ce qu'elle comprend : - un rotor (1) destiné à être entrainé en rotation par un fluide hydraulique et un organe (2) de commande de la variation de la vitesse de rotation dudit rotor, - en ce que la surface extérieure dudit rotor (1) comporte plusieurs cannelures (110) longitudinales, parallèles à son axe de rotation (X-X') et à l'intérieur de chacune desquelles est logé un volet pivotant (15), ce volet pivotant autour d'un axe de pivotement (150) parallèle à l'axe de rotation (X-X') dudit rotor, ce dernier comprenant un arbre de sortie (14) coaxial à son axe de rotation, - et en ce que ledit organe de commande (2) permet d'assurer le pivotement simultané et de même amplitude de chacun desdits volets (15) pour les amener dans différentes positions, de sorte que chaque volet (15) peut occuper une position dite "déployée", dans laquelle il obture l'ouverture (113) de la cannelure (110) à l'intérieur de laquelle il est monté et dans laquelle la vitesse de rotation de l'arbre de sortie (14) dudit rotor (1) est maximale, une position dite "repliée", dans laquelle il est rabattu au maximum à l'intérieur de ladite cannelure (110) et dans laquelle la vitesse de rotation de l'arbre de sortie (14) dudit rotor est minimale et toutes les autres positions angulaires intermédiaires, dans lesquelles la vitesse de rotation de l'arbre de sortie (14) dudit rotor est inférieure à ladite vitesse maximale et supérieure à ladite vitesse minimale. 2. Turbine selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'axe de pivotement (150) de chaque volet (15) est situé à proximité de l'un des deux bords longitudinaux (114, 114') de l'ouverture (113) de la cannelure à l'intérieur de laquelle il est monté. 3. Turbine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit rotor (1) comprend un cylindre (11) cannelé et deux flasques (12, 13) en forme de disques fixés à chacune des extrémités dudit cylindre (11), de façon à obturer les deux extrémités des cannelures (110) qui y sont ménagées et en ce que les deux extrémités de chaque axe de pivotement (150) d'un volet sont reçues respectivement dans les deux flasques (12, 13). 4. Turbine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit organe de commande (2) est un poussoir apte à coulisser axialement 2946398 Io par rapport audit rotor (1) et muni de moyens (22) de déplacement angulaire desdits volets (15). 5. Turbine selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdits moyens de déplacement angulaire desdits volets sont des tiges arquées (22) 5 solidaires de l'organe de commande (2) et en ce que lorsque cet organe de commande (2) est positionné de façon que les sommets (220) des arcs des tiges arquées (22) soient situés sous les volets (15), ceux-ci sont en position déployée, lorsque l'organe de commande (2) est positionné de façon que les extrémités (221) des tiges arquées (22) soient situées sous les volets, ceux-ci sont en position repliée 10 et lorsque cet organe de commande (2) est positionné de façon que les portions des tiges arquées (22) situées entre le sommet (220) et l'extrémité (221) soient situées sous les volets, ceux-ci sont dans l'une desdites positions intermédiaires. 6. Turbine selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit rotor (1) comprend un cylindre (11) cannelé et deux flasques (12, 13) en forme de 15 disques fixés à chacune des extrémités dudit cylindre (11), de façon à obturer les deux extrémités des cannelures (110) qui y sont ménagées et en ce que l'un (13) des deux flasques est percé d'une pluralité d'orifices (131) permettant le passage desdites tiges arquées (22). 7. Turbine selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que 20 chaque volet (15) est constitué d'une plaque dont l'une des extrémités est repliée vers le centre du rotor pour définir une ailette (151), cette dernière étant percée d'un trou (152) de passage et de guidage de l'une des tiges arquées (22) dudit organe de commande (2). 8. Turbine selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisée en ce 25 que ledit poussoir (2) et ledit rotor (1) sont coaxiaux. 9. Turbine selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de guidage axial (23) dudit poussoir (2) par rapport audit rotor (1). 10. Moulin hydraulique, caractérisé en ce qu'il comprend un carter à 30 l'intérieur duquel est logée une turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, ce carter étant muni d'un orifice d'introduction d'un fluide hydraulique vers ladite turbine et d'un orifice d'évacuation de ce fluide hydraulique.