Brevet FR3053740A1 — publié le 20180112

DESCRIPTION La présente invention concerne un dispositif de canalisation de fluides par tuyères pour moteur hydraulique apte à entrainer une 5 génératrice de courant. Les turbines hydrauliques existantes ont en grande majorité 10 des rendements limités à soixante-huit pour cents et font face à des problèmes de cavitation et de roulis induits dus à la forme cylindrique des canalisations. L'ensemble de ces problèmes techniques rendent impossible l'amorçage naturel par siphon. Historiquement les turbines hydrauliques sont composées de 15 tubes cylindriques et de coudes à rayon 55 degrés. Le support palier et les aubes sont contenus dans un tube au minimum du niveau du cours d'eau. Une partie conique est raccordée au tube d'échappement, lui-même accouplé à un coude. Le dispositif d'entrainement du générateur et le générateur 20 lui-même sont fixés et maintenus en permanence hors d'eau, sur le haut du coude supérieur. 3053740 2 Selon une variante, le dispositif sera constitué d'un ensemble de sept tuyères. Une première tuyère est lestée par un ensemble stabilisateur composé entre autres de plaques, de poteaux et de barres de liaisons, afin de permettre le maintien du dispositif à la profondeur d'utilisation optimale du flux du courant au fil de l'eau et le maintien hors d'eau d'une génératrice et du mécanisme de graissage ; l'ensemble assure la mise en sécurité du dispositif. Une grille de forme spécifique protège les différents éléments des matériaux charriés au fil de l'eau et évite l'absorption de la faune. Deux déflecteurs-directeurs de flux sont fixés à quelques centimètres des deux côtés de cette tuyère, ce dispositif a pour but de favoriser une pleine amplitude du flux et une mise en pression du fluide, pour obtenir un flux laminaire dans celle-ci. Cette tuyère est de forme spécifique pour un volume d'entré des fluides de 1/3 de complément ; des ouïes sont réalisées de chaque côté pour augmenter le volume et la vitesse des fluides. Un mécanisme commande l'ouverture et la fermeture des ouïes par deux volets. Une deuxième tuyère, de forme cylindrique en amont et oblongue à double passage en aval, reçois le flux de grande amplitude généré par la précédente tuyère et réalise une disjonction de celui-ci 25 tout en le canalisant en flux laminaire vers la prochaine tuyère. Une troisième tuyère est de forme oblongue à double passage de flux avec un rayon de cintrage spécifique. Après étude de cette tuyère, la conception des éléments consécutive des formulations, 30 autorise un amorçage par siphon et des mouvements sinusoïdaux des flux (Fonction : X = sin X). Elle a donc pour fonction principale la diminution des pertes de charges d'écoulement du fluide vers la prochaine tuyère. 3053740 3 Une quatrième tuyère support palier haut, de forme oblongue à double passage en amont et cylindrique en aval, réalise une jonction et une compression des flux. 5 Une cinquième tuyère cylindrique est équipée d'aubes fixes faisant la liaison de maintien d'un palier fixe dit bas à la tuyère par soudage. Ce nouvel ensemble constitue la partie statique de la turbomachine qui a été conçu pour dériver une grande partie du flux hydraulique à la périphérie du volume de la prochaine tuyère 10 et provoque une injection totale. Une sixième tuyère, protectrice des pales de la partie mobile de la turbomachine, est de forme conique en amont et cylindrique en aval. Elle reçoit un flux concentré à la périphérie de son volume 15 et sa forme conique augmente la vitesse et la charge du flux sur les extrémités des pales de la partie mobile de la turbomachine. Les pales nous donnent alors un rendement optimale du type : Q x g x h' x 0.96. Au vue des études d'écoulement du flux sur les pales de la partie 20 mobile de la turbomachine, une forme est donnée au coulage. Apres tournage, deux lumières sont réalisées par fraisage à quelques centimètres du bord de fuite de chaque pale. Ces lumières ont pour fonction d'éviter la cavitation et l'usure des pales au contact de l'eau à haute pression ; elles ont une longueur, un diamètre, un angle et des rayons d'entrée et sortie spécifique ; des déflecteurs sont appliqués à leurs extrémités. Le passage du flux autour des pales ainsi modifiée, nous donne une amplitude de charge et une résultante de couple plus importante et facilite la vitesse de rotation de la turbomachine. Une dernière tuyère, servant de diffuseur et lestée par un ensemble stabilisateur de la turbine hydraulique, a une forme cylindrique en amont et oblongue en aval. Sa fonction spécifique est d'amplifier l'échappement du fluide de la turbine hydraulique 3053740 4 et guider les flux extérieurs eux-mêmes accélérés au contact du bord de fuite de la tuyère. Un mécanisme de graissage en circuit fermé accompagne l'arbre 5 de transmission, la turbine et les paliers. L'ensemble turbine hydraulique, qui est soutenu par un dispositif de maintien à hauteur constante, est constitué : des tuyères, de la turbomachine et d'une génératrice. 10 En résumé, l'invention porte sur un dispositif hydraulique canalisé composé : d'une grille de protection, un ensemble de tuyères dotées de déflecteurs-directeurs, de volets, une 15 turbomachine équipée d'aubes fixes, de pales orientables et d'un mécanisme de graissage autocontrôlé. Une première tuyère est assemblée par un flasque soudé ; la surface d'entrée de cette tuyère est de 1/3 supérieure à sa surface de sortie et des ouïes sont réalisées sur chacun de ses côtés ; 20 deux volets sur charnière sont ajoutés de manière à pouvoir obstruer les ouïes ; les deux déflecteurs-directeurs de flux sont fixés de chaque côtés de la tuyère de manière à orienter les flux vers les ouïes ; cet ensemble constitué de la tuyère et de ses accessoires désignés ci-dessus est stabilisé par un ensemble stabilisateur. 25 Une deuxième tuyère, ayant une surface d'entrée cylindrique et deux surfaces de sortie de forme oblongue, est assemblée à l'aide de deux flasques soudés à la première tuyère et à une suivante au moyen de vis et écrous inaltérables ; deux lumières oblongues adaptées aux surfaces de sorties cette deuxième tuyère sont 30 réalisées dans le flasque aval. Une troisième tuyère double de forme oblongue, assemblée par soudage à deux flasques adaptés, est accouplée à la deuxième tuyère et à une suivante par vis et écrous inaltérables ; un perçage adapté 3053740 5 au passage d'un l'arbre est réalisé sur le flasque aval de cette tuyère. Une quatrième tuyère ayant deux surfaces d'entrées de forme oblongues et une surface de sortie cylindrique est soudée à deux 5 flasques et accouplée à la troisième tuyère au moyen de vis et écrous inaltérables ; un perçage adapté au passage d'un arbre et deux lumières oblongues sont réalisées sur le flasque amont. Une cinquième tuyère cylindrique est soudée à deux flasques et assemblée à la quatrième tuyère par vis et écrous inaltérables 10 qui font la jonction entre le flasque amont et le flasque aval de la quatrième tuyère ; des aubes fixes sont soudées à la tuyère à une extrémité et à un palier dit haut de la partie statique d'une turbomachine à l'autre extrémité. Une sixième tuyère, qui est de forme conique en amont et 15 cylindrique en aval, est soudée à deux flasques et maintenue à la cinquième tuyère par vis et écrous inaltérables. Une septième tuyère est soudée à un flasque et boulonnée à la sixième tuyère par vis et écrous inaltérables ; la surface de sortie de la tuyère est deux fois et demie plus grande que la surface de 20 s'on entrée pour une longueur donnée et a une construction spécifique. Une turbomachine est dotée d'un arbre de commande de changement de pas des pales et de son dispositif de fonctionnement ; une ogive en aval du palier dit haut et une autre ogive en amont 25 du palier dit bas équipe le fourreau de l'arbre de transmission de la turbomachine qui est dotée d'un mécanisme de graissage. De plus chaque pales de la turbomachine est obtenue par coulage et tournage ; deux lumières étant réalisées par fraisage à quelques centimètres du bord de fuite de chaque pale ; chacune des 30 pales sont appliquées d'un déflecteur à leurs extrémités ; les pales sont assemblées à une coquille creuse de la turbomachine dotée en aval d'une ogive de rayon spécifique. 3053740 6 L'ensemble des figures représentant un même et unique mode de réalisation, il est évident que les mêmes références désignent les mêmes moyens et que, en fonction de celles-ci, il sera nécessaire de se reporter à l'une ou l'autre de ces figures afin d'identifier 5 l'élément désigné. La figure Fig. 1 illustre une application possible du dispositif de canalisation de fluide par tuyères pour moteur hydraulique apte à entrainer une génératrice. Les figures Fig. 2a à Fig. 2c illustrent une réalisation d'une 10 tuyère(3) avec ses références annexes 3a et 3d. La figure Fig. 3 est une vue de la tuyère(3) et de ses mécanismes associés ayant pour références 1 et 3a à 3f. Les figures Fig. 4a à 4d sont des vues d'une tuyère(4) avec ses références annexes 4a et 4b. 15 Les figures Fig. 5a à Fig. 5d sont des vues d'une tuyère(5) avec ses références annexes 5a à 5c. Les figures Fig. 6a à Fig. 6d sont des vues d'une tuyère(6) avec ses références annexes 6a et 6b. Les figures Fig. 7a à Fig. 7d sont des vues d'une tuyère(7) 20 avec ses références annexes 7a et 7b. Les figures Fig. 8a à Fig. 8c sont des vues d'une tuyère(8) avec ses références annexes 8a et 8b. Les figures Fig. 9a à Fig. 9d sont des vues d'une tuyère(9) avec sa référence annexe 9a. 25 Les figures Fig. 10a à Fig. 10c sont des vues d'une réalisation de la turbomachine(10), avec ses références annexes (10a à 10s), équipée d'aubes fixes (10a à 10g) et de pales (10i à 101). Les figures Fig. lla à Fig. 11c sont des vues d'une des pales (10i à 101) illustrée Fig.10a. 30 3053740 7 Selon une réalisation, le dispositif de canalisation de fluide par tuyères pour moteur hydraulique apte à entrainer une génératrice est composé de sept tuyères (3 à 9), de déflecteurs- 5 directeur de flux (3b et 3c), de volets (3e et 3f), d'aubes fixes (10a à 10g) et d'un ensemble stabilisateur (2) composé entre autres de plaques, de poteaux et de barres de liaisons. La première tuyère(3) est assemblée par soudage à un flasque (3a). Elle est lestée par l'ensemble stabilisateur (2) afin de 10 permettre le maintien du dispositif à la profondeur d'utilisation optimale du flux du courant au fil de l'eau. Mais aussi le maintien hors d'eau de la génératrice, du mécanisme de graissage et du dispositif d'inclinaison des pales (10o). L'ensemble assure la mise en sécurité du dispositif. Une grille (1) de forme spécifique 15 protège les différents éléments des matériaux charriés au fil de l'eau et évite l'absorption de la faune aquacole. Les déflecteurs-directeur de flux (3b et 3c) sont maintenus par la grille (1) à quelques centimètres des deux côtés de la tuyère(3). La tuyère(3) est de forme spécifique pour un volume d'entré des fluides de 1/3 20 de complément et des ouïes (3d) sont réalisées de chaque côté pour augmenter le volume et la vitesse des fluides. Un mécanisme commande l'ouverture ou la fermeture des ouïes à l'aide de deux volets (3e et 3f) fixés par charnières. La deuxième tuyère(4) est assemblée par soudage à deux 25 flasques (4a et 4b). Le flasque (4a) est accouplé au flasque (3a) par des vis et écrous inaltérables. La tuyère (4) est de forme cylindrique en amont et oblongue à double passage en aval. La troisième tuyère (5) est de forme oblongue à double passage de flux avec un rayon de cintrage spécifique. Elle est soudée à 30 deux flasques (5a et 5b). Le flasque (5a) est fixé au flasque (4b) à l'aide de vis et écrous inaltérables. Un perçage (5c) est réalisé sur le flasque (5b), à un diamètre adapté au passage de l'arbre (10p) de la turbomachine (10) et maintien le mécanisme de commande d'inclinaison (10o) des pales (10i à 101) de la turbomachine (10). 3053740 8 La quatrième tuyère (6) est soudée à deux flasques (6a et 6b) et elle est de forme oblongue à double passage en amont et cylindrique en aval. Un palier (10q) dit haut est assemblé à la tuyère (6) par soudage comme illustré sur la figure Fig. 1 et doté 5 d'une ogive (10r) en aval. Un accouplement par vis et écrous inoxydables est réalisé entre le flasque (6a) et le flasque (5b). La cinquième tuyère(7) cylindrique est équipée d'aubes (10a à 10g) fixes faisant la liaison de maintien par soudage d'un palier (10h) dit bas à la tuyère(7). Ce nouvel ensemble constitue la partie 10 statique de la turbomachine (10). Une ogive (10s) équipe le palier (10h) en amont. Deux flasques (7a et 7b) sont soudés à la tuyère (7) et le flasque (7a) est maintenu par vis et écrous inaltérables au flasque (6b). La sixième tuyère (8), protectrice des pales (10i à 101) de la 15 turbomachine (10), est de forme conique en amont et cylindrique en aval. Deux flasques (8a et 8b) sont soudés à chacune des extrémités de la tuyère (8). Le flasque (8a) est assemblé au flasque (7b) par vis et écrous inaltérables. Les pales (10i à 101) de la turbomachine (10) sont obtenues par coulage et tournage ; deux lumières (11b) 20 sont réalisées par fraisage à quelques centimètres du bord de fuite de chaque pale ; ces pales (10i à 101) sont appliquées d'un déflecteur (11a) à leurs extrémités et sont assemblées à la coquille creuse (10m) de la turbomachine dotée d'une ogive (10n) de rayon spécifique en aval de la partie mobile de la turbo machine (10). 25 Elles ont une longueur, un diamètre, un angle et des rayons d'entrée et sortie spécifiques. La dernière tuyère (9), de forme cylindrique en amont et oblongue en aval, est soudée à un flasque (9a). La tuyère (9) est fixée à la tuyère (8) par le flasque (9a) et le flasque (8b) à 30 l'aide de vis et écrous inaltérables. La surface de sortie de la tuyère (9) est deux fois et demie plus grande que la surface de son entrée pour une longueur donnée et a une construction spécifique. Un mécanisme de graissage en circuit fermé accompagne l'arbre de transmission (10p) et les paliers (10q et 10h) de la turbomachine (10). REVENDICATIONS1. Dispositif hydraulique canalisé caractérisé en ce qu'il comporte: une grille de protection(1) ; un ensemble de tuyères (3, 4, 5, 6, 7, 8 et 9) dotées de déflecteur-directeurs (3b, 3b et 3c) et de volets (3e et 3f); une turbomachine (10) équipé d'aubes fixes (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f et 10g), de pales (10i, 10j, 10k et 101) orientables et d'un mécanisme de graissage autocontrôlé. 2. Dispositif selon la revendication 1, Caractérisé en ce qu'il comporte une première tuyère(3) assemblée par soudage à un flasque (3a) ; la surface d'entrée de la tuyère (3) est de 1/3 supérieure à sa surface de sortie ; des ouïes (3d) sont réalisées de chaque côtés de la tuyère (3) ; deux volets (3e et 3f) sur charnière sont ajoutés de manière à pouvoir obstruer les ouïes (3d) ; les deux déflecteurs-directeurs (3b et 3c) de flux sont fixés de chaque côtés de la tuyère (3) de manière à orienter les flux vers les ouïes (3d) ; cet ensemble constitué de la tuyère (3) et de ses accessoires désignés ci-dessus est stabilisé par un ensemble stabilisateur (2). 3. Dispositif selon la revendication précédente, Caractérisé en ce qu'il comprend une deuxième tuyère (4) ayant une surface d'entrée cylindrique et deux surfaces de sortie de 25 forme oblongue ; la deuxième tuyère (4) est assemblée par soudage à deux flasques (4a et 4b) ; le flasque (3a) de la première tuyère (3) est accouplé au flasque (4a) de la deuxième tuyère (4) par vis et écrous inaltérables ; deux lumières oblongues adaptées aux surfaces de sortie de la deuxième tuyère (4) étant réalisées dans 30 le flasque (4b) aval de celle-ci. 4. Dispositif selon la revendication 3, 3053740 10 Caractérisé en ce qu'il comprend une troisième tuyère (5) double de forme oblongue assemblée par soudage à deux flasques (5a et 5b) adaptés ; la troisième tuyère(5) est accouplée à la deuxième tuyère (4) par vis et écrous inaltérables qui assemblent le flasque 5 aval (4b) de la deuxième tuyère (4) et un flasque (5a) de la troisième tuyère (5) ; un perçage (5c) adapté au passage d'un arbre (10p) est réalisé sur le flasque aval (5b) de la troisième tuyère (5). 10 5. Dispositif selon la revendication 4, Caractérisé en ce qu'il comprend une quatrième tuyère (6) ayant deux surfaces d'entrées de forme oblongues et une surface de sortie cylindrique ; la quatrième tuyère (6) est soudée à deux flasques (6a et 6b) et accouplée à la troisième tuyère (5) à l'aide 15 de vis et écrous inaltérables ; un perçage (5c) adapté au passage de l'arbre (10p) est réalisé sur le flasque amont (6a) de la quatrième tuyère (6) ; deux lumières oblongues étant réalisées dans le flasque amont (6a) de la quatrième tuyère (6). 20 6. Dispositif selon la revendication 5, Caractérisé en ce qu'il comprend une cinquième tuyère (7) cylindrique soudée à deux flasques (7a et 7b) et assemblée à la quatrième tuyère (6) par vis et écrous inaltérables qui font la jonction entre un flasque (6b) de la quatrième tuyère (6) et un flasque (7a) de la cinquième tuyère (7); des aubes fixes (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f et 10g) étant soudées à la cinquième tuyère (7) à une extrémité et au palier (10h) de la partie statique de la turbomachine (10) à l'autre extrémité. 7. Dispositif selon la revendications 6, Caractérisé en ce qu'une sixième tuyère (8), qui est de forme conique en amont et cylindrique en aval, est soudée à deux flasques (8a et 8b) et maintenue à la cinquième tuyère (7) par vis et écrous inaltérables. 3053740 11 8. Dispositif selon la revendications 7, Caractérisé en ce qu'une septième tuyère (9) est soudée à un flasque (9a) et boulonnée à la sixième tuyère (8) par vis et écrous 5 inaltérables ; la surface de sortie de la septième tuyère (9) est deux fois et demie plus grande que la surface de son entrée pour une longueur donnée ; cette tuyère a une construction spécifique. 9. Dispositif selon les revendications 1 et 6, 10 Caractérisé en ce qu'une turbomachine (10) est dotée d'un arbre de commande de changement de pas des pales (10i, 10j, 10k et 101) et de son dispositif de fonctionnement (10o) ; une ogive (10r) en aval du palier (10q) dit haut et une autre ogive (10s) en amont du palier (10h) dit bas de la turbomachine (10) équipe le fourreau 15 de l'arbre de transmission ; la turbomachine (10) est dotée d'un mécanisme de graissage. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, Caractérisé en ce que chaque pale (10i, 10j, 10k et 101) de 20 la turbomachine (10) est obtenue par coulage et tournage ; deux lumières (11b) étant réalisées par fraisage à quelques centimètres du bord de fuite de chaque pale ; chacune des pales (10i, 10j, 10k et 101) est appliquée d'un déflecteur (11a) à son extrémité ; les pales (10i, 10j, 10k et 101) étant assemblées à la coquille creuse 25 (10m) de la turbomachine (10) dotée en aval d'une ogive (10n) de rayon spécifique.