FR2525694A1 - Flow energy conversion using water wheels and guide walls - uses guides to converge fluid flow and has hemi-cylindrical cut=outs in wall to shield returning side of wheel - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention conçerne un proçédé d'agencement de centrale énergétique fluviale au fil de l'eau,utilisant l'augmentation de la vitesse du courant d'eau résultant d'un resserrement artificiel d'une partie de section mouillée de rivière provoquée par un ouvrage déviateur de courant. The present invention relates to a method of arrangement of a fluvial energy power station over the water, using the increase in the speed of the water current resulting from an artificial constriction of a part of a wet section of river caused by a current diverting structure.
La technique actuelle de génération de force motrice à partir des rivières, fait appel dans la quasi totalité des cas,à une chute obtenue par un barrage coupant transversalement le cours d'eau0
Outre les inconvénients d'un barrage,les Sites propices sont pratiquement épuisés à ce Jour, et l'estension de de production d'éner gie par ce moyen s'en trouve paralysée.The current technique of generating motive force from rivers, in almost all cases, calls for a fall obtained by a dam transversely cutting the watercourse0
In addition to the drawbacks of a dam, the auspicious sites are practically exhausted to this day, and the extent of energy production by this means is paralyzed.
Le procédé proposé dans la présente invention permet de récupérer une importante quantité de l'énergie véhiculée dans le courant d'eau et actuellement perdue. Il apporte en outre,le gros avantage de s'accomoder d'une multitude de Sites disponibles le long des cours d'eau. The process proposed in the present invention makes it possible to recover a large amount of the energy carried in the water stream and currently lost. It also brings the great advantage of accommodating a multitude of Sites available along the rivers.
La description ci après est explicitée par les dessins joints donnant des exemples,non limitatifs,permettant d'aboutir à uneréalisation pratique. The description below is explained by the accompanying drawings giving examples, which are non-limiting, making it possible to achieve practical realization.
La Fig. 1 montre le resserrement d'une partie de la section mouillée a l'aide d'un ouvrage déviateur () du type Jetée simpli
fiée,interçeptant une certaine largeur d'eau en amont. Le positionnement sera de préférence le coté intérieur d'une courbe de sorte qu'en régime de crue,le courant principal et les objets charriés dans cette situation,passent au large par dessus le déviateur.Ce dernier peut constituer en un enrochement ou autre cons
truction usuelle en la matièresémergeant quelque peu de l'eau,sur
sa face amont,Jusqu'au niveau correspondant au début de régime de
crue dans quel cas, le déviateur doit ètre franchi normalement Une
faible profondeur d'eau,Gué plus ou moins accusé,est profitable
pour la vitesse initiale de l'eau,la réalisation de l'installation
et l'évacuation vers l'aval.Fig. 1 shows the tightening of a part of the wet section using a deflection structure () of the simplified pier type.
withholding, intercepting a certain width of water upstream. The positioning will preferably be on the inside of a curve so that in flood conditions, the main current and the objects carried in this situation pass offshore over the deflector. The latter can constitute a riprap or other cons
usual truction in the material slightly emerging from water, on
its upstream side, Up to the level corresponding to the start of the
raw in which case the diverter must be crossed normally A
shallow water depth, more or less marked ford, is profitable
for the initial water speed, the installation
and evacuation downstream.
Le resserrement se termine en une construction,sous forme de
deux quais (2) définissant un chenal devant laisser passage a un
courant intense et rapide. Une vitesse d'au moins 4 a 5 mètres
seconde ou plus, étant souhaitable,la profondeur étant de plusieurs
mètres. Les bords latéraux du chenal sont verticaux et parallèles
ou légèrement convergents vers l'aval. Ils comportent au moins un,
ou plusieurs évidements (3) pratiqués danq la construction, dont
la section est demi-cylindrique,l'axe vertical et le diamètre dans l'alignement du bord latéral correspondant selon le principe de la Fig. 2. Des enrochements (4) renforcent la berge en amont et en aval du quai correspondant. Un ensemble de grille (5) et éventuel lement de vannes,peuvent ètre prévues à ltentrée du chenal.The tightening ends in a construction, in the form of
two quays (2) defining a channel to allow passage to a
intense and fast current. A speed of at least 4 to 5 meters
second or more, being desirable, the depth being several
meters. The lateral edges of the channel are vertical and parallel
or slightly converging downstream. They have at least one,
or several recesses (3) made in the construction, including
the section is semi-cylindrical, the vertical axis and the diameter in alignment with the corresponding lateral edge according to the principle of FIG. 2. Rockfill (4) reinforces the bank upstream and downstream of the corresponding quay. A set of grids (5) and possibly valves, can be provided at the entrance to the channel.
En fonction du débit du cours d'eau,divers types d'agencements sont possibles selon les exemples des Fig. 3-4-5 .La largeur d'un chenal est sensiblement égale au diamètre d'un évidement ou deux fois ce diamètre dans le cas d'évidements vis a vis. Depending on the flow rate of the watercourse, various types of arrangements are possible according to the examples in FIGS. 3-4-5 .The width of a channel is substantially equal to the diameter of a recess or twice that diameter in the case of opposite recesses.
Chaque évidement est équipé d'une roue hydraulique horizontale a aubes, de diamètre légèrement inférieur à celui de l'évidement et dont l'axe est vertical. Une moitié de roue se trouve ainsi hors de l'évidement,dans le courant,et l'autre moitié,dans l'évide- ment, hors du courant. Each recess is equipped with a horizontal hydraulic wheel with blades, of diameter slightly smaller than that of the recess and whose axis is vertical. Half a wheel is thus out of the recess, in the stream, and the other half, in the recess, out of the stream.
La Fig.6 montre,en coupe verticale selon un diamètre perpendiculaire au courantsune vue schématique d'une telle roue Deux flasques (6) formés de bras radiaux écartements angulaires égaux et leur carénage,sont solidaires de l'arbre de roue (7).Le carénage fait que chaque flasque prend la forme d'un disque rencontrant peu de résistance dans sa rotation dans l'eau. Deux bras rad aux dans un mème plan verticaux, soutiennent entr'-eux,des aubes re-tangulai- rds (8) chacune solidaire d'un arbre vertical propre (9):rallèle à celui de la roue et pivotant dans les bras supports cs wespondants. Fig.6 shows, in vertical section along a diameter perpendicular to the currents, a schematic view of such a wheel. Two flanges (6) formed of radial arms with equal angular spacings and their fairing, are integral with the wheel shaft (7). The fairing means that each flange takes the form of a disc meeting little resistance in its rotation in the water. Two rad arms in the same vertical plane, support between them, re-tangular vanes (8) each secured to a clean vertical shaft (9): parallel to that of the wheel and pivoting in the support arms cs wespondants.
L'extrémité supérieure de chaque arbre d'aube reçoit In organe de commande de rotation comme indiqué plus loin. The upper end of each blade shaft receives a rotation control member as indicated below.
La Fig. 7 montre une possibilité de maintien de la rsle par l'intermédiaire d'un chassis en forme de cadre (IG3 sur lequel elle est articulée par son arbre. Fig. 7 shows a possibility of maintaining the rsle by means of a frame-shaped chassis (IG3 on which it is articulated by its shaft.
Un exemple d'installation dans l'évidement du quai esz donné
Fig.8,le chassis étant simplement glissé dans deux guide verticaux (11) ménagés dans la paroi de l'évidement.Un dispositif d releva
ment ge a crémaillère ou autre, peut ètre éventuelle prevu entre le guide et le chassis pour faciliter les vérifications ou c tretien de l'ensemble. La roue est complètement immergée et soumise aux influences nropres à deux secteurs diférents:L'un dit ACIP,dans le courant (12), l'autre PASSIF (I3),hors du courant.An example of installation in the hollow of the esz platform given
Fig. 8, the chassis being simply slid into two vertical guides (11) formed in the wall of the recess.
rack or similar, may be provided between the guide and the chassis to facilitate checks or maintenance of the assembly. The wheel is completely submerged and subject to the influences of two different sectors: One says ACIP, in the current (12), the other PASSIVE (I3), out of the current.
Le fonctionnement de la roue est explicité snhématiquement par la Fig. 9 . Chaque groupe d'aubes sur un mème bras radial (9) reçoit une commande d'orientation telle qu'une force optimale
de l'eau,sur l'arbre de roue, soit obtenue dans le secteur
ACTIF contre une résistance minimale en secteur PASSIF. Le couple moteur de la roue est la différence de ces forces.The operation of the wheel is schematically explained in FIG. 9. Each group of blades on the same radial arm (9) receives an orientation command such as an optimal force
water, on the wheel shaft, is obtained in the sector
ACTIVE against minimum resistance in the PASSIVE sector. The engine torque of the wheel is the difference of these forces.
Ainsi de l'entrée en secteur ACTIF jusqu'à la sortie de celuici,chaque aube tourne ,par rapport à la direction radiale de son bras,de sorte que son plan soit maintenu en orientation optimale par rapport à la direction du courant,selon l'exemple de la Fig.9
Par contre, dans tout le secteur PASSIF le plan de chaque aube est maintenu fixe par rapport à la direction radiale de son bras correspondant et reste sensiblement tangent au cercle de circulation de l'arbre d'aube autour de la roue. A noter que dans le secteur PASSIF,les aubes successives se trouvent dans le sillage l'une de l'autre,l'ensemble formant la paroi latérale d'un polygone régulier se rapprochant d'autant plus d'un cylindre que les largeurs d'aube sont réduites.Ceci diminue d'autant les forces Passives dbes a la rotation de la roue dans l'eau de ce secteur,a moins d'un courant circulaire entretenu dans le mème sens par le courant principal.Thus from entry into ACTIVE sector until exit from it, each blade rotates relative to the radial direction of its arm, so that its plane is maintained in optimal orientation with respect to the direction of the current, according to l example of Fig. 9
On the other hand, throughout the PASSIVE sector the plane of each blade is kept fixed relative to the radial direction of its corresponding arm and remains substantially tangent to the circulation circle of the blade shaft around the wheel. Note that in the PASSIVE sector, the successive blades are in the wake of each other, the assembly forming the side wall of a regular polygon approaching all the more a cylinder as the widths d 'dawn are reduced.This reduces the passive forces due to the rotation of the wheel in the water of this sector, unless there is a circular current maintained in the same direction by the main current.
Le cas de Fig 9 suppose une roue a douze bras radiaux et deux couronnes d'aubes.0n pourrait,bien sur,retenir d'autres combinaisons sur ce mème principe,mais il semble qu'une fourchette de 8 a douze bras soit convenable .En dessous, l'efficacité s'en ressent et la complexité devient gènante au-dessus. The case of Fig 9 assumes a wheel with twelve radial arms and two crowns of blades. 0n could, of course, retain other combinations on this same principle, but it seems that a fork of 8 to twelve arms is suitable. Below, efficiency is felt and complexity becomes annoying above.
Un profilage adéquat de la jonction amont quai-évidement (14) favorise l'attaque des aubes en début de secteur ACTIF,celui aval (15) dévie un courant aidant l'entretien du courant circulaire, favorable a la rotation de la roue,et résultant de l'entrainement entre le courant du chenal sur celui en secteur passif. Adequate profiling of the upstream quay-recess junction (14) promotes the attack of the blades at the start of the ACTIVE sector, that downstream (15) deflects a current helping the maintenance of the circular current, favorable to the rotation of the wheel, and resulting from the drive between the current of the channel on that in passive sector.
La fig.IO propose un moyen possible de commande d'orientation
des aubes.Il utilise des engrenages en renvoi d'angle (I6) action demi
nés par un pignon (I?) engrènant lui-mème sur une couronne
dentée (I8) restant fixe. Un maneton (20) muni d'un galet (211,et
un guide (22) complètent la commande. L'ensemble I6-I7-20-21 et
leur liaison, est solidaire de la roue et tourne avec elle,tandis
que la demi-couronne et le guide sont solidaires du bâti général
(I9). Selon la fig.ll-at l'entraînement du pignon (I7) n'a lieu
que sur la demi-couronne,laque11e,correspond au trajet des aubes
considéréessdans le secteur ACTIF.Puis, dans tout le secteur
PASSIF, Fig. 11-b-le galet (2I) circule dans le guide (22) et maintient le maneton de commande d'aubes dans une position angulaire fixe par rapport au bras radial correspondant.Fig. 10 offers a possible means of orientation
vanes. It uses bevel gear (I6) half action
born by a pinion (I?) meshing itself on a crown
toothed (I8) remaining fixed. A crank pin (20) provided with a roller (211, and
a guide (22) complete the order. The set I6-I7-20-21 and
their connection, is integral with the wheel and turns with it, while
that the half-crown and the guide are integral with the general frame
(I9). According to fig. 11-at the pinion drive (I7) does not take place
that on the half crown, laque11e, corresponds to the path of the blades
considered in the ACTIVE sector. Then in the whole sector
PASSIVE, Fig. 11-b-the roller (2I) circulates in the guide (22) and maintains the blade control crankpin in a fixed angular position relative to the corresponding radial arm.
Autant de pignons (I7) que de bras radiaux porteurs d'aubes sont nécessaires et leur agencement ,Fig. I2,constitue la TETE DE
COMMANDE. En raison de 1' encombrement angulaire, deux pignons consé cutifsiont décalés en hauteur selon deux niveaux différents auxquels correspondent deux demi-couronnes (in), Par contre > tous le manetons sont au même niveaushors du guide-, seuls les galets empruntant celuici.As many pinions (I7) as there are radial arms carrying blades are necessary and their arrangement, FIG. I2, constitutes the HEAD OF
ORDERED. Due to the angular size, two gears consecutively offset in height according to two different levels to which correspond two half-crowns (in), on the other hand> all the crankpins are at the same level during the guide, only the rollers borrowing this.
Un rapport d'entraînement adéquat du pignon (I7) fait que le galet (21) se présente à l'entrée du guide selon l'exemple de la figure.Des rapports proches de l'unité étant retenus, la vitesse de rotation des organes de commande est très fafble,dispensant de graissage les parties immergées.L'effort de commande est par ailleurs faible,du fait que les aubes selcomportent selon le principe d'un clapet papillon. An adequate drive ratio of the pinion (I7) means that the roller (21) is present at the entrance to the guide according to the example in the figure. With ratios close to the unit being retained, the speed of rotation of the members control is very low, dispensing with lubrication of the submerged parts. The control effort is also low, because the vanes selcomportent according to the principle of a butterfly valve.
A noter que la roue ne comporte pas de régulation de vitesse, celle-ci ne pouvant jamais devenir prohibitive. Une régulation globale est pratiquée au niveau de l'utilisation de l'énergie comme indiqué plus loin. Note that the wheel does not include speed regulation, which can never become prohibitive. A global regulation is practiced at the level of energy use as indicated below.
La différence des forces motrices et résistances,ou couple moteur est reporté sur l'arbre d la roue. Ce couple peut ètre relativement important selon la surface des aubes,le rayon de la roue et la vitesse du courant circulant dans le chenal,dont les valeurs sont prévues a plusieurs mètres ou mètres carrés. The difference in driving forces and resistances, or engine torque is reported on the wheel shaft. This torque can be relatively large depending on the surface of the blades, the radius of the wheel and the speed of the current flowing in the channel, the values of which are provided at several meters or square meters.
Sauf cas particuliers d'err'^i, la vitesse de rotation de la roue sera généralement insuffisante pour une utilisation directe à partir de l'arbre Une multiplication mécanique usuelle est possible mais la diminution de couple qui s'en suit peut ètre nuisi
gible pour des applications a vitesse élevée. I1 sera donc préféren
tiellement fait appel à un convertisseur d'énergie permettant
d'obtenir,sans trop de pertes,une énergie en vitesse nécessaire
a partir de celle en vitesse lente fournie par la roue . Parmi
différents moyens possibles,on peut utiliser un ensemble compres
seur de fluide,liquide ou gazeux, fonctionnant par exemple,en cir
cuit fermé.Except in special cases of error, the speed of rotation of the wheel will generally be insufficient for direct use from the shaft. A usual mechanical multiplication is possible but the reduction in torque which follows may be detrimental.
gible for high speed applications. It will therefore be preferable
tily uses an energy converter allowing
to obtain, without too many losses, an energy in necessary speed
from that at slow speed provided by the wheel. Among
different possible ways, we can use a compres
fluid, liquid or gaseous sor, operating for example in cir
cooked closed.
La Fig. I3 donne schématiquement un exemple possible lequel
utilise des cellules de compressioi2Gas posées en couronne et pou
vant ètre du type a double effet. Elles sont actionnées par un
excentrique commun,calé au centre,sur l'arbre de roue ou de renvoi. Fig. I3 schematically gives a possible example which
uses compression cells placed in a crown and for
boasting of the double effect type. They are operated by a
common eccentric, fixed in the center, on the wheel or idler shaft.
Le fluide haute pression estcollecté par une conduite (24), une conduite similaire (25),sur l'autre face de la couronne, assurant ltalimentation en hasse pression
La Fig. I4 montre le dispositif en élévation dloù il ressort que plusieurs ensembles peuvent ètre actionnés sur le mème arbre et fournir,alors, un débit relativement important en haute pression pour un encombrement raisonnatble.Une variante est donnée
Fig 15 dans laquelle les cellules de compression sont placées cote à cote sur un ou plusieurs étages. Toutefois cet agencement parait plus pénalisant du point de vue commande et encombrement.The high pressure fluid is collected by a line (24), a similar line (25), on the other face of the crown, ensuring the supply of pressure
Fig. I4 shows the device in elevation where it appears that several assemblies can be actuated on the same shaft and provide, then, a relatively high flow rate at high pressure for a reasonable size.
Fig 15 in which the compression cells are placed side by side on one or more floors. However, this arrangement seems more penalizing from the point of view of control and size.
Dans les deux cas, le débit du compresseur varie dans le temps en fonction de la vitesse transmise par la roue,laquelle, est influencée par le débit de la rivière. Quoique possible,il n'est pas prévu,non plus, de régulation du débit du compresseur,la régulation au niveau d'utilisation d'énergie offrant d'autres possibilités tout en simplifiant la roue et le compresseur. In both cases, the compressor flow varies over time depending on the speed transmitted by the wheel, which is influenced by the flow of the river. Although possible, there is also no provision for regulating the compressor flow, regulation at the level of energy use offering other possibilities while simplifying the wheel and the compressor.
Un exemple de générateur drénergie,mécanique ou électrique, fait l'objet de la Fig. I6 et travaille en circuit fermé par raccordement direct aux sorties du compresseur. Le fluide haute pression actionne la tur bine (26) du générateur puis revient à un réservoir de stockage en basse pression (27) d'où il ests nouveau repris par le compresseur. Un organe de régulation (28) agit simultanément sur l'entrée (29) du fluide à la turbine et sur une van de dérivation (30) agissant en sorte que la pression nécessaire à la turbine reste constante. La capacité de cette dérivation est supérieure au débit maximal du compresseur et autorise la fer- meture complète de l'alimentation du générateur pour arrèt éventuel. An example of an energy generator, mechanical or electric, is the subject of FIG. I6 and works in a closed circuit by direct connection to the compressor outputs. The high pressure fluid actuates the turbine (26) of the generator then returns to a low pressure storage tank (27) from which it is again taken up by the compressor. A regulating member (28) acts simultaneously on the inlet (29) of the fluid to the turbine and on a bypass van (30) acting so that the pressure necessary for the turbine remains constant. The capacity of this bypass is greater than the maximum capacity of the compressor and allows complete shutdown of the generator supply for possible shutdown.
Cette dérivation absorbe,d'abord,les variations de puissance de la roue hydraulique en répercAssion des variations du débit de la rivière,mais elle peut aussi Jouer le role très avantageux suivant : En fonction du débitdéaiVéelleXun organe mesurant ce débit peut mettre automatiquement en route et arrèter,une ou plusieurs turbines d'égale puissance ou divisionnaires les unes des
autres,alimentées ensemble sur une sortie commune du compresseur.This bypass absorbs, first of all, the variations in power of the hydraulic wheel in repercussion of the variations in the flow of the river, but it can also play the following very advantageous role: Depending on the flow rate, an organ measuring this flow can automatically start up and shut down, one or more turbines of equal power or divisional one of
others, supplied together on a common compressor output.
Ce procédé permet de profiter au mieux d'une large plage de
puissances engendrées sur la roue hydraulique depuis le niveau
d'étiage de la rivière Jusqu'à celui de crue ,la roue continuant
a fonctionner dans cette dernière situation
Du point de vue installation générale,l'ensemble compresseur et générateur peuvent ètre placés dans un local placé au-dessus de la roue ou bien ètre déportés à proximité,mais hors des crues dans les deux cas.This process makes the most of a wide range of
powers generated on the water wheel from the level
of the low water level Up to the flood level, the wheel continuing
has to operate in the latter situation
From the point of view of general installation, the compressor and generator assembly can be placed in a room placed above the wheel or else be deported nearby, but out of floods in both cases.
Les Fig. I7 a I9,font par ailleurs état d'une autre possibilité d'installation de roues hydrauliques du type ci-dessus décrit. Figs. I7 to I9, also report another possibility of installing hydraulic wheels of the type described above.
Dans ce cas,le chenal est constitué d'une barge (37) flottante mais convenablement lestée,pouvant ètre directement amarrée en plein courant d'une rivière. Un bouclier (36),en large grille, protège des gros obJets circulant sur l'eau,le lest (31) pouvant ètre des matériaux de rivière. Compresseur et générateur sont alors placés dans un habitacle (32). In this case, the channel consists of a floating but suitably ballasted barge (37), which can be directly moored in the current of a river. A shield (36), in a large grid, protects large objects circulating on the water, the ballast (31) being able to be river materials. Compressor and generator are then placed in a passenger compartment (32).
L'amarrage fait l'obJet de la Fig. I9 dans laquelle un câble ( 33) est tendu en deux branches et clrcuDeNtelle une courroieZ sur deux poulies a gorge (38) implantées sur berge. Le câble est à quelques mètres au-dessus de l'eau,l'amarrage de la barge est fixe aux points (34) et coulisse par galets (35)sur la deuxième branche du câble. En régime de crue,ltensemble peut ètre ramené, manuellement ou automatiquement,à l'abri dans une zone de calme (39) aménagée en berge. The mooring is the object of FIG. I9 in which a cable (33) is stretched in two branches and clrcuDeNtelle a belt on two pulleys with groove (38) established on bank. The cable is a few meters above the water, the mooring of the barge is fixed at points (34) and slides by rollers (35) on the second branch of the cable. In flood conditions, the whole can be brought, manually or automatically, to the shelter in a calm zone (39) fitted out on the bank.
L'application des installations ci-dessus décrites,-- -t la production d'énergie en général. The application of the facilities described above, - energy production in general.
Claims (5)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
FR8207470A FR2525694B1 (en) | 1982-04-27 | 1982-04-27 | FLOW ENERGY POWER PLANT |
Applications Claiming Priority (1)
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FR8207470A FR2525694B1 (en) | 1982-04-27 | 1982-04-27 | FLOW ENERGY POWER PLANT |
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FR2525694A1 true FR2525694A1 (en) | 1983-10-28 |
FR2525694B1 FR2525694B1 (en) | 1987-04-10 |
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ID=9273562
Family Applications (1)
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FR8207470A Expired FR2525694B1 (en) | 1982-04-27 | 1982-04-27 | FLOW ENERGY POWER PLANT |
Country Status (1)
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