Brevet FR2966866A1 — publié le 20120504

TURBOMACHINE DESTINEE A LA CONVERSION D'UNE ENERGIE CINETIQUE EN UNE ENERGIE ELECTRIQUE L'invention concerne, de façon générale, les techniques de conversion de l'énergie cinétique d'un fluide en une autre forme d'énergie, par exemple en énergie électrique. Plus précisément, l'invention concerne une turbomachine mue en fonctionnement par un écoulement de fluide orienté, de l'amont vers l'aval, cette turbomachine comportant des moyens de déflexion de fluide montés à rotation autour d'un axe. Des perfectionnements restent à faire sur le rendement de ces turbomachines, et notamment de celles qui sont plus particulièrement adaptées à un écoulement subsonique. Dans ce contexte, l'invention a précisément pour but de proposer une turbomachine qui, tout en présentant une structure relativement simple et compacte, offre un rendement relativement élevé. Le brevet français n° 2 869 068 décrit déjà une turbomachine comportant des moyens de déflexion comprenant un déflecteur à flux tangentiel délimité par une surface latérale de déflexion entourant l'axe de rotation et, présentant une concavité tournée vers l'amont de l'écoulement, et percée d'au moins une ouïe d'éjection par laquelle le fluide est, en fonctionnement, éjecté suivant une direction non radiale par rapport à l'axe. La première surface latérale de déflexion est formée d'une pluralité d'éléments de surface comprenant au moins deux éléments de surface voisins, les éléments de surface voisins étant séparés l'un de l'autre par une ouïe d'éjection. Mais les essais ont démontrés que d'autres perfectionnements de type structurel devraient être envisagés pour un bon fonctionnement de la turbomachine. Egalement, contre tous préjugés, il a été estimé que le déflecteur pourrait être de forme autre que tronconique, mais tronc pyramidal. par exemple, donc à faces planes. L'invention concerne donc une turbomachine du type précité se caractérisant en ce que la surface latérale de déflexion est formée d'une pluralité d'éléments de surface voisins séparés l'un de l'autre par une ouïe d'éjection et s'inscrivant dans un tronc de cône ou dans un tronc de pyramide défini à partir d'une structure-support correspondante sur laquelle sont fixés lesdits éléments de surface. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - La figure 1 représente une vue frontale côté amont, d'une turbomachine selon un premier mode de réalisation de l'invention, montrant le déflecteur, sa structure et son support ; - la figure 2 représente en perspective la structure de base du déflecteur constitutif de la 5 turbomachine ; - la figure 3 représente en perspective la structure selon la figure 2 après montage des éléments constituant le déflecteur ; - la figure 4 représente en demi-coupe 10 longitudinale la turbomachine complète ; - la figure 5 représente en vue frontale côté amont, une turbomachine selon un second mode de réalisation du déflecteur. Comme annoncé précédemment, l'invention concerne 15 une turbomachine destinée à être entraînée par un fluide s'écoulant, de l'amont Am vers l'aval Av, suivant une direction D, ce fluide pouvant tout aussi bien être constitué par un gaz comme l'air ou la vapeur, que par un liquide comme l'eau. 20 Pour ce faire, cette turbomachine comporte, de façon connue en soi, des moyens de déflexion de fluide qui sont montés à rotation autour d'un axe X idéalement parallèle à la direction D de l'écoulement fluide en condition normale de fonctionnement, et qui forment, 25 vis-à-vis de l'écoulement de fluide, un obstacle que le fluide contourne en lui cédant une partie de son énergie cinétique. Ces moyens de déflexion comprennent un déflecteur rotatif 1 conçu pour dévier le fluide suivant une direction T (figure 3) qui s'écarte nettement de la direction radiale R passant par l'axe X, cette direction T étant de préférence tangentielle, c'est-à-dire perpendiculaire à la direction radiale R. Plus précisément, le déflecteur 1 est délimité par une surface latérale de déflexion 2 qui entoure l'axe de rotation X, qui présente une concavité tournée vers l'amont Am de l'écoulement, qui s'étend suivant la direction D de l'écoulement depuis son extrémité amont 3 jusqu'à son extrémité aval 4, et qui est percée d'une ou plusieurs ouïes d'éjection 5 par laquelle le fluide en écoulement est éjecté suivant la direction T. La surface latérale de déflexion 2 est par exemple formée d'une pluralité d'éléments de surface, tels que 6 à 9, disposés de manière telle que les éléments de surface de chaque paire d'éléments de surface voisins, tels que 6 et 7, sont séparés l'un de l'autre par une ouïe d'éjection 5, les différentes ouïes étant ou non parallèles entre elles. En plus du déflecteur 1, les moyens de déflexion peuvent comprendre une hélice liée en rotation au déflecteur 1 et notamment une hélice 10 montée en amont de ce déflecteur dans le sens d'écoulement du fluide. Le déflecteur 1 et l'hélice 10 sont par exemple réalisés en métal, tel que l'aluminium, ou en un matériau synthétique moulé ou injecté, ou encore en un matériau composite. L'hélice 10 et la surface latérale de déflexion 2 sont conformées pour dévier l'écoulement de fluide suivant la même direction T, c'est-à-dire suivant une direction qui, en chaque point de cette hélice 10 et de cette surface 2, est perpendiculaire à la direction radiale R passant par ce point. Dans le cas où la turbomachine est destinée à produire de l'énergie électrique, elle comprend un générateur électrique 11 entraîné en rotation par le déflecteur 1 et l'hélice 10 par l'intermédiaire de l'arbre 12. Selon l'invention la surface latérale de déflexion 2 est formée d'une pluralité d'éléments de surface voisins 6-9 séparés l'un de l'autre par une ouïe d'éjection 5 et s'inscrivant dans un tronc de cône ou dans un tronc de pyramide défini à partir d'une structure-support correspondante 13 sur laquelle sont fixés lesdits éléments de surface 6-9. Selon l'exemple des figures 1 et 3, les éléments de surface 6-9 s'inscrivant dans un tronc de cône, ceux-ci sont au moins au nombre de deux et sont de configuration galbée selon des rayons de valeur allant progressivement du rayon de sa grande base amont au rayon de sa petite base aval. Selon cet exemple précis, ils sont au nombre de quatre. Selon l'exemple de réalisation de la figure 5, les éléments de surface 6A-9A s'inscrivant dans un tronc de pyramide, ceux-ci sont au moins au nombre de trois et sont de configuration plane. C'est ainsi que les éléments de surface pourront être de trois, quatre, six, etc._ pour former la base polygonale du tronc de pyramide, mais chacun de ces éléments plans pourrait être plié sur lui-même autour d'un axe médian pour former deux plans, multipliant ainsi le nombre de faces du tronc de pyramide constituant le déflecteur. Dans tous les cas l'angle a d'inclinaison des éléments de surface par rapport à l'axe X est 10 préférentiellement de 60°. Comme le montre bien les figures 2, 3 et 4, la composée l'axe X, d'un arbre 12 monté en arbre à partir duquel sont 15 structure 13 rotation autour issus autant de a d'éléments de bras radiaux 14a-14d et 14e-14h qu'il y surface de déflection 6-9, à la fois du est de côté de la grande aval, du tronc de base amont, cône ou du que de la petite base tronc de pyramide, les grands bras radiaux bras radiaux 14e-14h 14a-14d étant reliés aux petits correspondants, par des longerons 20 15a-15d disposés à proximité de leur extrémités respectives pour former un angle d'inclinaison a, longerons sur lesquels sont fixés les bords longitudinaux des éléments de surface 6-9 d'angle a identique à celui des longerons 15a-15d. 25 Les longerons 15 et les bras radiaux 14 sont de section préférentiellement ronde pour un meilleur aérodynamisme de l'ensemble de la turbomachine. La structure 13 composée de l'arbre 12 des bras radiaux 14 et des longerons 15 est montée rotative 30 entre deux poulies 16 d'un élément support fixe 17. En outre, la structure 13 supporte de manière associée au déflecteur 1, une hélice 10 comportant au moins deux pâles solidaires des grands bras radiaux amont 14a-14d, s'étendant entre les éléments de surface au niveau des extrémités des longerons correspondants 15a-15d et l'arbre 12 de manière à dévier, conjointement au déflecteur 1, l'écoulement de fluide suivant une même direction radiale R. Préférentiellement, le bord longitudinal d'un élément de surface de déflexion 6-9 est relié au bord longitudinal d'un élément successif par l'intermédiaire d'éléments de liaison commun aux deux bords et par rapport aux longerons 15a - 15d correspondant de la structure 13. Selon un mode particulier de réalisation, les éléments de liaison des éléments de surface de déflexion 6-9 entre eux et par rapport aux longerons 15a-15d sont constitués par une pluralité d'entretoises 18 disposées en ligne sur chaque longeron et comportent des extrémités filetées dont les unes supérieures traversent le bord longitudinal d'un élément de surface 6-9 et sur lesquelles sont vissées autant d'écrou 19 et dont les autres extrémités filetées inférieures traversent le bord longitudinal d'un élément de surface successif 6-9 et le longeron 15a-15d correspondant, sur lesquelles sont vissées autant d'écrous 20. Comme le montre la figure 1, l'élément support 17 et l'arbre 12 des moyens de déflexion est constitué par deux chevalets disposés à proximité des extrémités de l'arbre 12 et porte les paliers 16 de celui-ci. 2966866 s Bien entendu, le support 17 peut être de toutes autres formes, adaptées à l'application de la turbomachine, comme par exemple en U, en fer à cheval, etc._ 5 La turbomachine de l'invention peut être réalisée dans un faible encombrement, se montre silencieuse en fonctionnement, et, dans le cas où elle s'intègre aisément au paysage dans lequel elle est utilisée. Elle peut ainsi être placée, notamment : 10 - en milieu marin, sur un bateau ou tout autre engin marin; - en milieu boisé, sans incidence néfaste sur l'écologie dans la mesure où elle est peu visible, silencieuse et non polluante; 15 - en milieu urbain, par exemple implantée sur un toit, une cheminée, un mur; - dans tous les milieux, sur tous les véhicules, engins roulants, volants, navigants, (avions, bateaux, automobiles, cycles, etc...). 20 REVENDICATIONS. 1. Turbomachine actionnée en fonctionnement par un écoulement de fluide orienté, de l'amont (Am) vers l'aval (Av), et comportant des moyens de déflexion de fluide montés à rotation autour d'un axe (X) s'étendant suivant une direction (D) lesdits moyens de déflexion comprenant un déflecteur (1) à flux tangentiel délimité par une surface latérale de déflexion (2) entourant l'axe de rotation (X), et présentant une concavité tournée vers l'amont de l'écoulement, et percée d'au moins une ouïe d'éjections par laquelle le fluide est, en fonctionnement, éjecté suivant une direction (T) non radiale par rapport à l'axe (X) caractérisée en ce que la surface latérale de déflexion (2) est formée d'une pluralité d'éléments de surface voisins (6-9) séparés l'un de l'autre par une ouïe d'éjection (5) et s'inscrivant dans un tronc de cône ou dans un tronc de pyramide défini à partir d'une structure-support correspondante (13) sur laquelle sont fixés lesdits éléments de surface (6-9). 2. Turbomachine selon la revendication 1 caractérisé en ce que les éléments de surface (6-9) s'inscrivant dans un tronc de cône, ceux-ci sont au moins au nombre de deux et sont de configuration galbée selon des rayons de valeur allant progressivement du rayon de sa grande base amont au rayon de sa petite base aval. 3. Turbomachine selon la revendication 1 caractérisée en ce que les éléments de surface (6A-9A) s'inscrivant dans un tronc de pyramide, ceux-ci sont au moins au nombre de trois et sont de configuration plane. 4. Turbomachine selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que la structure (13) est composée d'un arbre (12) monté en rotation autour de l'axe X, arbre à partir duquel sont issus autant de bras radiaux (14a-14d et 14e-14h) qu'il y a d'éléments de surface de déflection (6-9), à la fois du côté de la grande base amont, que de la petite base aval, du tronc de cône ou du tronc de pyramide, les grands bras radiaux (14a-14d) étant reliés aux petits bras radiaux (14e-14h) correspondants, par des longerons (15a-15d) disposés à proximité de leur extrémités respectives pour former un angle d'inclinaison a, longerons sur lesquels sont fixés les bords longitudinaux des éléments de surface (6-9) d'angle a identique à celui des longerons (15a- 15d). 5. Turbomachine selon la revendication 4 caractérisée en ce que la structure (13) composée de l'arbre (12) des bras radiaux (14) et des longerons (15) est montée rotative entre deux poulies (16) d'un élément support fixe (17). 6. Turbomachine selon l'une des revendications 4 ou 5 caractérisée en ce que la structure (13) supporte en outre de manière associée au déflecteur (1), une hélice (10) comportant au moins deux pâles solidaires des grands bras radiaux amont (14a-14d), s'étendant entre les éléments de surface au niveau des extrémités des longerons correspondants (15a-15d) et l'arbre (12) de manière à dévier, conjointement au déflecteur (1), l'écoulement de fluide suivant une même direction radiale (R). 7. Turbomachine selon l'une des revendications 4 à 6 caractérisée en ce que le bord longitudinal d'un élément de surface de déflexion (6-9) est relié au bord longitudinal d'un élément successif par l'intermédiaire d'éléments de liaison commun aux deux bords et par rapport au longerons (15a-15d) correspondant de la structure (13). 8. Turbomachine selon la revendication 7 caractérisée en ce que les éléments de liaison des éléments de surface de déflexion (6-9) entre eux et par rapport aux longerons (15a-15d) sont constitués par une pluralité d'entretoises (18) disposées en ligne sur chaque longeron et comportent des extrémités filetées dont les unes supérieures traversent le bord longitudinal d'un élément de surface (6-9) et sur lesquelles sont vissées autant d'écrou (19) et dont les autres extrémités filetées inférieures traversent le bord longitudinal d'un élément de surface successif (6-9) et le longeron (15a-15d) correspondant, sur lesquelles sont vissées autant d'écrous (20). 9. Turbomachine selon l'une des revendications 5 à 8 caractérisée en ce que l'élément support (17) de l'arbre (12) des moyens de déflexion est constitué par deux chevalets disposés à proximité des extrémités de l'arbre (12) et porte les paliers (16) de celui-ci. 10. Turbomachine selon l'une des revendications 4 à 9 caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un générateur électrique entraîné en rotation par l'arbre (12), lui-même entraîné par le déflecteur (1)5