FR2821647A1 - OMNIDIRECTIONAL SUBMERSIBLE HYDRAULIC TURBINE WITH PERPENDICULAR AXIS - Google Patents
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Abstract
Description
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Cette demande de brevet est présentée sous le titre : turbine hydraulique immergée omnidirectionnelle à axe perpendiculaire au courant d'eau et applications. This patent application is presented under the title: submerged omnidirectional hydraulic turbine with axis perpendicular to the water current and applications.
Les dispositifs modernes de production d'énergie à partir d'un écoulement naturel d'eau sont en général d'imposantes réalisations. Ils exigent le plus souvent la construction de grands barrages, que ce soit pour des retenues d'eau douce ou l'exploitation de l'énergie des marées. Les sites naturels sont alors considérablement bouleversés, ce qui n'est pas sans inconvénient, surtout du point de vue écologique. Modern devices for producing energy from a natural flow of water are generally impressive achievements. They most often require the construction of large dams, whether for freshwater reservoirs or the exploitation of tidal energy. The natural sites are then considerably upset, which is not without drawbacks, especially from an ecological point of view.
On trouve cependant encore quelques petites et anciennes installations utilisant de petits cours d'eaux, telles des moulins, dont le rendement est extrêmement faible. Une demande existe cependant pour ces petites installations dans des sites isolés, pour une production locale d'énergie. However, there are still some small and old installations using small watercourses, such as mills, whose yield is extremely low. There is a demand, however, for these small installations in isolated sites, for local energy production.
Aucune réalisation ne semble exploiter'le mouvement de l'eau"à l'état brut", c'est à dire en prélevant de l'énergie directement de son mouvement naturel d'écoulement. La turbine hydraulique proposée ici, qui peut combler cette lacune, se caractérise en particulier par une très grande simplicité. No realization seems to exploit the movement of water "in the raw state", that is to say by taking energy directly from its natural movement of flow. The hydraulic turbine proposed here, which can fill this gap, is characterized in particular by a very great simplicity.
Elle se présente sous l'aspect d'un rotor figurant une"cage d'écureuil" (figure 3) constitué classiquement de deux disques parallèles (1) et (1'), dont les barreaux sont ici remplacés par des pales (2) profilées en ailes d'avion (ou des plans minces en tenant lieu sur des réalisations rudimentaires). It takes the form of a rotor representing a "squirrel cage" (Figure 3) conventionally consisting of two parallel discs (1) and (1 '), the bars of which are here replaced by blades (2) profiled in airplane wings (or thin planes taking the place of rudimentary realizations).
Elles sont fixées à espacements égaux, par
chacune des extrémités de leur"allongement" (terme utilisé pour les ailes d'avion) à la périphérie de ces They are fixed at equal spacings, by
each end of their "elongation" (term used for airplane wings) at the periphery of these
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disques, en étant disposées de façon à ce que les perpendiculaires (R) aux cordes de leur profil passent par l'axe (0) du rotor (figure 4). discs, being arranged so that the perpendiculars (R) to the strings of their profile pass through the axis (0) of the rotor (Figure 4).
L'un des disques (1) comporte un arbre (3) de rotation lui étant perpendiculaire en son centre, et l'autre (1') un simple pivot (4) placé de même, aligné avec l'arbre (3). Chacun de ces deux éléments (3) et (4) pivote dans un palier (5) et (5') que porte l'armature (6) qui maintient l'ensemble du rotor (comme le fait une "carcasse"de moteur électrique pour son induit). Cette armature pouvant avoir les formes les plus diverses, mais en gênant le moins possible le passage de l'eau à travers les pales. Dans certaines réalisations le nombre des pales peut se limiter à une seule (figure 2). Les disques peuvent être remplacés par des structures de formes diverses (bras, poutrelles etc.. figure 1 et 2) effectuant la même fonction de maintien des pales (2). One of the discs (1) comprises a shaft (3) of rotation being perpendicular to it at its center, and the other (1 ') a simple pivot (4) placed in the same way, aligned with the shaft (3). Each of these two elements (3) and (4) pivots in a bearing (5) and (5 ') carried by the frame (6) which holds the whole of the rotor (as does a "carcass" of an electric motor for its armature). This armature can have the most diverse shapes, but minimally impeding the passage of water through the blades. In certain embodiments, the number of blades can be limited to only one (FIG. 2). The discs can be replaced by structures of various shapes (arms, beams, etc., FIGS. 1 and 2) performing the same function of holding the blades (2).
Les pales sont plongées dans un courant d'eau perpendiculaire à l'arbre () et, lorsque le rotor tourne, les poussées (F) sur chacune d'elles génèrent un couple moteur s'exerçant sur l'arbre (3). Ce dernier est le plus souvent vertical, et il convient de remarquer alors que le courant peut venir de n'importe quelle direction sans affecter le fonctionnement (caractère omnidirectionnel). The blades are immersed in a stream of water perpendicular to the shaft () and, when the rotor turns, the thrusts (F) on each of them generate a motor torque acting on the shaft (3). The latter is most often vertical, and it should be noted that the current can come from any direction without affecting the operation (omnidirectional character).
Dans certaines réalisation, comme il sera vu plus loin, l'arbre (3) peut être horizontal (figure 10). In some embodiments, as will be seen below, the tree (3) can be horizontal (Figure 10).
La figure 4 montre le trajet circulaire des centres de poussée (A) des pales dans un plan perpendiculaire à l'axe (0) de l'arbre (3) (ce centre étant situé environ au quart de la longueur de la corde de profil de la pale compté depuis son bord d'attaque). Figure 4 shows the circular path of the centers of thrust (A) of the blades in a plane perpendicular to the axis (0) of the shaft (3) (this center being located about a quarter of the length of the profile rope blade counted from its leading edge).
Ce profil étant en général symétrique par rapport à cette corde, mais il n'est pas exclu qu'une légère courbure ne se révèle bénéfique au rendement de la turbine. This profile is generally symmetrical with respect to this rope, but it is not excluded that a slight curvature does not prove beneficial to the performance of the turbine.
La ligne (NS) passe par l'axe (0), en étant perpendiculaire au courant d'eau. Les points (A) et (A') The line (NS) passes through the axis (0), being perpendicular to the water current. Points (A) and (A ')
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représentent deux emplacements de centre de poussée, sur leur trajet circulaire, qui sont symétriques par rapport à la droite (NS). represent two locations of center of thrust, on their circular path, which are symmetrical with respect to the right (NS).
Il sera considéré dans ce qui suit que l'eau est ici un"fluide parfait", ce qui signifie que la poussée (F) sur chaque pale est perpendiculaire à la vitesse relative (Vr) des molécules d'eau par rapport à la pale. It will be considered in what follows that the water here is a "perfect fluid", which means that the thrust (F) on each blade is perpendicular to the relative speed (Vr) of the water molecules with respect to the blade .
La"traînée"hydrodynamique étant alors considérée nulle, seule la"portance"est prise en compte, et constitue donc la force (F). The hydrodynamic "drag" being then considered null, only the "lift" is taken into account, and therefore constitutes the force (F).
Le vecteur (Vr) étant la somme du vecteur (Va) (vitesse du courant d'eau) et du vecteur (v) (vitesse linéaire d'entraînement circulaire du centre de poussée (A) de la pale due à la seule rotation du rotor). The vector (Vr) being the sum of the vector (Va) (speed of the water current) and the vector (v) (linear speed of circular drive of the center of thrust (A) of the blade due to the only rotation of the rotor).
Soit (B) le point où la droite portant le vecteur (F) coupe cette ligne (NS). Le triangle (AOB) est semblable à celui formé par les vecteurs (Va), (v), et
(Vr), puisque les cotés de ces triangles sont perpendiculaires deux à deux. (c'est la seule vitesse (Vr) qui génère la poussée F). Let (B) be the point where the line carrying the vector (F) intersects this line (NS). The triangle (AOB) is similar to that formed by the vectors (Va), (v), and
(Vr), since the sides of these triangles are perpendicular two by two. (it is the only speed (Vr) which generates the thrust F).
OA/v = AB/Vr = OB/Va donc :
OB = OA x Va/v = R x Va/v (R) étant le rayon (OA) du cercle parcouru par le centre de poussée (A) de la pale considérée. OA / v = AB / Vr = OB / Va therefore:
OB = OA x Va / v = R x Va / v (R) being the radius (OA) of the circle traversed by the center of thrust (A) of the blade considered.
Comme le rapport Va/v a une valeur constante, il s'en suit que le point (B) est le même pour tous les points du trajet circulaire des pales (le segment OB étant une constante). Chaque force (F), dont le vecteur représentatif est dit ici"glissant", peut être considérée comme appliquée en n'importe quel point de la droite qui le porte. Le choix du point (B) s'impose logiquement pour point d'application de la résultante de toutes ces forces (F), car il leur est commun et fixe (en fluide parfait). As the Va / v ratio has a constant value, it follows that the point (B) is the same for all the points of the circular path of the blades (the segment OB being a constant). Each force (F), whose representative vector is said here "sliding", can be considered as applied at any point of the line which carries it. The choice of point (B) logically imposes itself for the point of application of the resultant of all these forces (F), because it is common and fixed to them (in perfect fluid).
Au passage en (A) et (A') (points symétriques par rapport à la droite NS) des centres de poussée des pales, les forces (F) et (F') sont égales scalairement. Elles When passing through (A) and (A ') (points symmetrical with respect to the straight line NS) of the centers of thrust of the blades, the forces (F) and (F') are scalar equal. They
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s'ajoutent vectoriellement pour former (F"'), qui est toujours perpendiculaire à la ligne (NS). Cette dernière force crée un couple C sur l'arbre (3) valant :
C = F"'x OB = F"'x Va/v x R
Chaque point (A) du demi-cercle situé à gauche de la ligne (NS) a son homologue symétrique à droite
Les forces (F) et (F') agissant sur chacun des "couples"de pales ainsi déterminés ont leur résultante (F"') appliquée au point (B). Celle-ci ayant toujours la même direction (celui du courant d'eau). Il s'en suit que toutes les forces (F"') de chacun de ces"couples"ne s'opposent jamais (tout au plus, ces forces s'annulentelles aux passage (N) et (S) des pales). are added vectorially to form (F "'), which is always perpendicular to the line (NS). This last force creates a couple C on the shaft (3) being worth:
C = F "'x OB = F"' x Va / vx R
Each point (A) of the semicircle located on the left of the line (NS) has its symmetrical counterpart on the right
The forces (F) and (F ') acting on each of the "pairs" of blades thus determined have their resultant (F "') applied to point (B), which always has the same direction (that of the current of It follows that all the forces (F "') of each of these" couples "never oppose each other (at most, these forces cancel each other out when the blades (N) and (S) pass ).
L'angle (OAB) représente l'incidence (i) du courant relatif (Vr), qui est le seul flux à prendre en compte pour la création de la force (F). Pour que l'écoulement soit partout laminaire il est connu que (i) ne doit pas dépasser approximativement 18 . The angle (OAB) represents the incidence (i) of the relative current (Vr), which is the only flux to take into account for the creation of the force (F). For the flow to be everywhere laminar it is known that (i) must not exceed approximately 18.
Nous pouvons avancer sans faire d'erreur
importante que l'incidence maximum (i ) atteinte au cours d'un tour se situe aux environs des points W et E, qui sont les passages frontaux et postérieurs du parcours des pales (en réalité, l'examen attentif de la figure 4 indique que cette incidence maximum se produit un peu au dessous de ces deux points. We can move forward without making mistakes
important that the maximum incidence (i) reached during a revolution is around the points W and E, which are the front and rear passages of the blade path (in reality, the careful examination of figure 4 indicates that this maximum incidence occurs a little below these two points.
Ce sont également approximativement en ces points (E) et (W) que le couple exercé est le plus fort, en raison de la plus grande incidence (i) combinée avec une importante vitesse (Vr) du courant relatif (qui intervient par son carré)
La figure 4 montre qu'aux points E et W tg io = OB/R
Si la valeur de 1/3 est donnée au rapport (OB/ R), l'incidence (i ) vaut 18, 4 ; ce qui convient très bien comme valeur de l'incidence limite à ne pas dépasser
pour éviter les"décrochements"et assurer l'"écoulement laminaire"nécessaire aux bons rendements. It is also approximately at these points (E) and (W) that the torque exerted is the greatest, due to the greater incidence (i) combined with an important speed (Vr) of the relative current (which intervenes by its square )
Figure 4 shows that at points E and W tg io = OB / R
If the value of 1/3 is given to the ratio (OB / R), the incidence (i) is worth 18.4; which is very suitable as a limit incidence value not to be exceeded
to avoid "setbacks" and ensure the "laminar flow" necessary for good yields.
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Il est donc possible d'en conclure que la puissance maximum que pourra recueillir cette turbine se fera lorsque que l'ordre de grandeur du rapport (v/Va) (vitesse circulaire des pales par rapport à celle du courant) sera environ de trois. It is therefore possible to conclude that the maximum power that this turbine can collect will be when the order of magnitude of the ratio (v / Va) (circular speed of the blades relative to that of the current) is approximately three.
Il est à noter que les pales se déplaçant ainsi à cette vitesse relativement modeste (trois fois la vitesse (Va) du courant) ne présentent probablement pas de danger pour la majorité des poissons (qui peuvent nager en général bien plus vite). It should be noted that the blades thus moving at this relatively modest speed (three times the speed (Va) of the current) probably do not present a danger for the majority of fish (which can swim generally much faster).
Si la vitesse de rotation est imposée (par exemple, comme il sera vue plus loin, par la période du réseau électrique alternatif connecté), et que le courant (Va) dépasse la valeur optimale prévue, il y a
"décrochement"progressif, et limitation de la force (F) s'exerçant sur les pales. Les avaries dues à de trop grands efforts s'exerçant sur la turbine peuvent alors être évitées de ce fait.
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Il est possible de simplifier la construction du rotor en supprimant le pivot (4). Les deux paliers (5) et (5') maintenant le rotor sur son armature (6) sont alors disposés sur le seul arbre (3). Le disque (1') lui-même (ou la structure (1") en tenant lieu) peut être également supprimé ; ce qui a cependant alors l'inconvénient de diminuer la cohésion des pales entre elles. If the speed of rotation is imposed (for example, as will be seen below, by the period of the connected alternating electrical network), and the current (Va) exceeds the optimum value provided, there is
progressive "drop", and limitation of the force (F) exerted on the blades. Damage due to excessive forces exerted on the turbine can then be avoided because of this.
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It is possible to simplify the construction of the rotor by removing the pivot (4). The two bearings (5) and (5 ') holding the rotor on its frame (6) are then placed on the single shaft (3). The disc (1 ') itself (or the structure (1 ") taking the place of it) can also be omitted; which however has the disadvantage of reducing the cohesion of the blades between them.
Il est intéressant que ces disques possèdent une section lenticulaire pour une meilleure pénétration dans le courant d'eau. Il peut être prévu que leur face tournée vers les pales soit suffisamment bombée pour que le flux s'accélère par le rétrécissement de son passage entre celles-ci, ce qui ne peut qu'augmenter l'énergie recueillie. It is interesting that these discs have a lenticular section for better penetration into the water stream. It can be expected that their face facing the blades is sufficiently curved so that the flow is accelerated by the narrowing of its passage between them, which can only increase the energy collected.
L'armature (6) du rotor peut être fixée sous la coque d'un engin flottant (7), soit directement, soit par l'entremise d'entretoises plus ou moins longues pour la disposer à la profondeur désirée. Cette engin pouvant The armature (6) of the rotor can be fixed under the hull of a floating machine (7), either directly, or by means of more or less long spacers to arrange it at the desired depth. This machine can
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être une bouées, un corps-mort, une bare, ou tout autre structure flottante, qui est amarré à une berge, ou au mouillage (plusieurs lignes de mouillage sont alors conseillées)
L'arbre (3) en pénétre ses fonds par un presse- étoupe ou joint-spi pour être connecté aux appareils récepteurs de l'énergie recueillie par la turbine, qui sont alors situés en milieu sec.
be a buoy, a mooring, a bare, or any other floating structure, which is moored to a bank, or at anchor (several mooring lines are then recommended)
The shaft (3) penetrates its bottoms by a cable gland or gasket to be connected to the devices receiving the energy collected by the turbine, which are then located in a dry environment.
Il peut également déboucher dans un puits, ou passer entre deux coques d'un engin flottant multicoque, en faisant l'économie du presse-étoupe ou joint-spi. Les deux paliers (5) et (5') peuvent ainsi ne pas être immergés pour éviter la corrosion ; mais ils doivent alors, de même que l'arbre (3), être très robustes en raison du porte-à-faux très important qu'ils supportent. It can also lead into a well, or pass between two hulls of a multihull floating machine, saving the stuffing box or oil seal. The two bearings (5) and (5 ') can thus not be submerged to avoid corrosion; but they must then, like the tree (3), be very robust because of the very large overhang that they support.
Il est même intéressant dans ce cas de faire légèrement dépasser les pales hors de l'eau pour réduire les frottements visqueux du disque (1) ou de la structure qui en tiént lieu (les pales sont alors les seuls éléments tournants qui sont immergés lorsque le disque inférieure (1') est supprimé). It is even interesting in this case to slightly protrude the blades out of the water to reduce the viscous friction of the disc (1) or of the structure which takes place (the blades are then the only rotating elements which are immersed when the lower disc (1 ') is deleted).
Dans un cours d'eau, de tels engins flottants peuvent s'intégrer au paysage sans le dénaturer, surtout si on les"camoufle"en barques de pécheurs ou en péniches classiques. In a watercourse, such floating devices can be integrated into the landscape without distorting it, especially if they are "camouflaged" in fishing boats or in traditional barges.
En mer, une seule ligne de mouillage pourra éventuellement suffire, mais il sera indiqué d'en disposer plusieurs pour mieux immobiliser l'engin flottant, et empêcher ainsi la torsion des cables électriques qui transportent l'énergie fournie par la turbine. At sea, a single mooring line may possibly suffice, but it would be advisable to have several to better immobilize the floating object, and thus prevent twisting of the electric cables which transport the energy supplied by the turbine.
Contrairement à ce qui précède, l'armature (6) de la turbine peut être fixée sur un socle massif ancré au fond de l'eau dont la structure est étudiée pour la disposer à la hauteur désirée (arbre (3) toujours maintenu vertical). Contrary to the above, the frame (6) of the turbine can be fixed on a massive base anchored to the bottom of the water, the structure of which is studied to arrange it at the desired height (shaft (3) always kept vertical) .
Cet arbre peut dépasser la surface de l'eau pour être accouplé aux appareils récepteurs de l'énergie This tree can exceed the surface of the water to be coupled to energy receiving devices
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produite (figure 7). Il peut au contraire déboucher dans une enceinte étanche, où se trouvent logés ces appareils (dans ce cas, ce sont des générateurs électriques), en passant par un presse-étoupe ou joint-spy. Cette enceinte étanche pouvant se trouver au dessus de la turbine mais elle sera le plus souvent au dessous (figures 5 et 6), en étant accolée au socle ou logée dans celui-ci. Les câbles transportant l'énergie électrique sont enfouis sous le fond de l'eau ou reposent simplement sur lui. produced (Figure 7). On the contrary, it can lead to a sealed enclosure, where these devices are housed (in this case, they are electrical generators), passing through a cable gland or joint spy. This sealed enclosure can be located above the turbine but it will most often be below (Figures 5 and 6), being attached to the base or housed therein. The cables carrying electrical energy are buried under the water bottom or simply rest on it.
Comme il a été déjà dit, le caractère omnidirectionnel de la turbine permet de ne pas tenir compte de la direction du courant, qui sont souvent "tournants"pendant les marées. As has already been said, the omnidirectional nature of the turbine makes it possible to ignore the direction of the current, which are often "turning" during the tides.
Le fonctionnement de la turbine diffère suivant que le générateur est accouplé à un réseau d'électricité alternative important dont la période est bien établie, ou s'il s'agit de fournir de l'énergie à un lieu isolé, en quantité, modeste. The operation of the turbine differs depending on whether the generator is coupled to a large alternative electricity network whose period is well established, or whether it is a question of supplying energy to an isolated place, in quantity, modest.
Dans le premier cas, l'arbre (3) est connecté à un alternateur, en général par l'intermédiaire d'un multiplicateur de vitesses de rotation (un accouplement direct est possible, en particulier par de récentes techniques). De ce fait la vitesse de rotation du rotor est alors constante. In the first case, the shaft (3) is connected to an alternator, in general by means of a speed multiplier (direct coupling is possible, in particular by recent techniques). Therefore the rotational speed of the rotor is then constant.
Dans le second cas, l'arbre (3) est connecté à un générateur de courant continu ou à un appareillage utilisant directement l'énergie mécanique qu'il fournit ( meules, scies,.. etc). La vitesse de rotation peut être cette fois fonction de celle du courant. In the second case, the shaft (3) is connected to a direct current generator or to an apparatus directly using the mechanical energy it provides (grinding wheels, saws, etc.). The speed of rotation can be this time a function of that of the current.
Il y a lieu de bien choisir les caractéristiques mécaniques et électriques de l'installation en fonction des variations des vitesses des courants d'eau à prévoir (il a été vu plus haut que l'ordre de grandeur du rapport entre vitesse périphérique (v) des pales et vitesse (Va) du courant est de trois, mais ce chiffre se doit d'être affiné par des essais effectifs). The mechanical and electrical characteristics of the installation should be carefully chosen according to the variations in the speeds of the water currents to be expected (it has been seen above that the order of magnitude of the ratio between peripheral speed (v) of blades and speed (Va) of the current is three, but this figure must be refined by effective tests).
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Il est à noter qu'en mer les vitesses des courants de marées sont bien déterminées à l'avance sans que soient à craindre d'éventuelles crues dévastatrices. It should be noted that at sea the speeds of tidal currents are well determined in advance without fear of possible devastating floods.
Que se soit au large ou dans les cours d'eau, un choix devra être fait entre les turbines installées sur des engins flottants (ancrés, ou amarrés sur berges ou duc-d'albes), et celles solidaires de socles posés sur le fond. La première alternative permet un accès facile aux générateurs, mais soumet l'installation aux aléas de la météo ; la seconde exige un compartiment étanche d'approche difficile. Whether offshore or in watercourses, a choice will have to be made between turbines installed on floating machines (anchored, or moored on banks or dolphins), and those secured to bases placed on the bottom . The first alternative allows easy access to the generators, but subjects the installation to the vagaries of the weather; the second requires a tight compartment for a difficult approach.
L'option"grand réseau alternatif-vitesse de rotation constante"permet également de résoudre les difficultés de démarrage que peut présenter cette turbine. L'alternateur se comportant alors provisoirement en moteur synchrone (un montage classique bien connu en électricité permettant le démarrage d'un tel moteur). The option “large alternative network-constant speed of rotation” also makes it possible to solve the starting difficulties which this turbine can present. The alternator then behaves temporarily as a synchronous motor (a well-known conventional assembly in electricity allowing the starting of such a motor).
Il est également possible dans cette option de remplacer l'alternateur par un générateur construit comme un moteur asynchrone. Il a été en effet observé (avec étonnement la première fois, parce que non prévu, sur les wagonnets d'une mine) qu'un tel moteur se comporte en générateur de courant alternatif d'appoint lorsqu'il est connecté à un réseau général important qui est déjà sous tension alternative de période donnée. Il est cependant fort possible que le rendement ne soit alors pas excellent. Ce montage présente la particularité intéressante de permettre des vitesses de rotation variées qui peuvent mieux s'adapter aux fluctuations du courant d'eau. It is also possible in this option to replace the alternator with a generator constructed as an asynchronous motor. It has indeed been observed (with astonishment the first time, because it was not provided for, on mine wagons) that such a motor behaves as an auxiliary AC generator when it is connected to a general network. important which is already under AC voltage for a given period. However, it is quite possible that the yield will not be excellent. This arrangement has the interesting feature of allowing various rotational speeds which can better adapt to fluctuations in the water current.
Ces vitesses de rotation sont également variables lorsque des générateurs de courant continu sont employés. These rotational speeds are also variable when direct current generators are used.
Ce dernier pouvant être utilisé tel quel, par exemple The latter can be used as is, for example
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pour de petites installations spécifiques à courant continu dans un lieu isolé, ou transformé en courant alternatif par un onduleur. for small specific direct current installations in an isolated place, or transformed into alternating current by an inverter.
Cette turbine peut également servir à fournir de l'énergie à des appareils destinés à élever la température d'un circuit d'eau pour le chauffage de locaux (par courants de FOUCAUD par exemple), ou pour actionner des meules de broyage, ou des mécanismes divers. This turbine can also be used to supply energy to devices intended to raise the temperature of a water circuit for space heating (by FOUCAUD currents for example), or to actuate grinding wheels, or various mechanisms.
L'arbre (3) de cette turbine peut également être disposé horizontalement. C'est le cas lorsqu'elle barre complètement ou partiellement un chenal (figure 10) qui canalise le courant entre deux parois approximativement ou exactement verticales (qui jouent alors ensemble, avec le sol, le rôle de l'armature (6) du rotor). L'une des parois portant le palier (5') du pivot (4), et l'autre le palier (5) de l'arbre (3). Ce dernier passant également dans un presse-étoupe ou joint-spy pour déboucher dans un compartiment sec où il est connecté aux appareils recueillant l'énergie captée par la turbine. The shaft (3) of this turbine can also be arranged horizontally. This is the case when it completely or partially bars a channel (Figure 10) which channels the current between two approximately or exactly vertical walls (which then play together, with the ground, the role of the armature (6) of the rotor. ). One of the walls carrying the bearing (5 ') of the pivot (4), and the other the bearing (5) of the shaft (3). The latter also passing through a cable gland or joint spy to lead into a dry compartment where it is connected to devices collecting the energy captured by the turbine.
Il est possible de faciliter le démarrage. et d'améliorer le fonctionnement de ces turbines en les équipant de pales dont une partie est constituée de matériaux souples et élastiques ; l'autre demeurant rigide. It is possible to facilitate starting. and to improve the operation of these turbines by equipping them with blades, part of which is made of flexible and elastic materials; the other remaining rigid.
La limite entre ces deux parties accolées, rigides et élastiques, sie trouve approximativement dans un plan perpendiculaire à la corde des profils, en étant située à peu de distance du bord d'attaque et parallèlement à lui. The limit between these two adjoining parts, rigid and elastic, is located approximately in a plane perpendicular to the chord of the profiles, being located a short distance from the leading edge and parallel to it.
Seule la partie incluant ce bord d'attaque est rigide et est fixée par chacune de ses deux extrémités aux deux disques (1) et (1') dont elle assure la cohésion mutuelle (en jouant le rôle des barreaux de la"cage d'écureuil" de la figure (3) déjà cité). Only the part including this leading edge is rigid and is fixed by each of its two ends to the two discs (1) and (1 ') of which it ensures mutual cohesion (by playing the role of the bars of the "cage of squirrel "in figure (3) already cited).
L'autre partie, liée à la première et se prolongeant jusqu'à son bord de fuite, est constituée de The other part, linked to the first and extending to its trailing edge, consists of
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matériaux souples et élastiques. La pale complète retrouvant son profil d'origine lorsque le courant d'eau est nul ; que le rotor soit arrêté ou en rotation. flexible and elastic materials. The complete blade regaining its original profile when the water flow is zero; whether the rotor is stopped or rotating.
On peut réaliser un effet élastique assez proche tout en conservant aux pales leur totale rigidité. Il faut alors munir chacune d'elles d'un long pivot qui la traverse longitudinalement, perpendiculairement à son profil, très près et à distance constante de son bord d'attaque. Ces pivots sont fixés par leurs deux extrémités sur les disques (1) et (1'), et constituent ainsi exactement les barreaux de la"cage d'écureuil" précédemment évoquée). We can achieve a fairly close elastic effect while retaining the blades their total rigidity. Each of them must then be provided with a long pivot which crosses it longitudinally, perpendicular to its profile, very close and at a constant distance from its leading edge. These pivots are fixed by their two ends to the discs (1) and (1 '), and thus exactly constitute the bars of the "squirrel cage" previously mentioned).
Chaque pale peut pivoter autour de son pivot, mais des silentblocs ou ressorts divers (ressorts spirales ou simples lames élastiques) sont interposés entre ces deux éléments en les reliant. Ils sont en outre "calés"réciproquement pour que la pale demeure perpendiculaire au rayon (R) qui la concerne (comme les pales initiales ne bénéficiant pas de cette élasticité) lorsque le courant est nul (que le rotor soit en rotation ou non). Each blade can pivot around its pivot, but various silentblocs or springs (spiral springs or simple elastic blades) are interposed between these two elements by connecting them. They are also reciprocally "set" so that the blade remains perpendicular to the radius (R) which concerns it (like the initial blades not benefiting from this elasticity) when the current is zero (whether the rotor is rotating or not).
Le simple examen attentif de la figure 4 fait comprendre qu'aux points (W) et (E) par exemple,'ces dispositifs élastiques déterminent à l'arrêt une déviation de l'orientation des pales sous l'effet de la force (F) due au courant (Va). Cette déviation détermine une inflexion de cette force (F) qui crée des couples de démarrage de même sens en (E) et (W)). A simple careful examination of FIG. 4 makes it clear that at points (W) and (E) for example, 'these elastic devices determine when the blades are deflected, the orientation of the blades is deflected under the effect of force (F ) due to the current (Va). This deviation determines an inflection of this force (F) which creates starting torques of the same direction in (E) and (W)).
(lorsque la turbine n'est pas munie de ces dispositifs élastiques, et qu'elle est à l'arrêt, toutes les forces F s'exerçant sur les pales passent approximativement par le centre (0) du rotor. Le couple de démarrage est donc pratiquement nul. Il est alors indispensable d'appliquer momentanément un couple moteur extérieur agissant sur son arbre (3) ; ainsi qu'il a été vu plus haut pour les générateurs fonctionnant momentanément en moteurs alimentés par le réseau (when the turbine is not fitted with these elastic devices, and it is stopped, all the forces F exerted on the blades pass approximately through the center (0) of the rotor. The starting torque is therefore practically zero. It is then essential to apply momentarily an external engine torque acting on its shaft (3); as has been seen above for the generators operating momentarily in motors supplied by the network.
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électrique extérieur).
Outre cet effet favorisant le démarrage, cette élasticité détermine une moindre augmentation de l'incidence (i) lorsque, en marche normale, le courant (Va) s'accélère. Ce qui retarde le moment du "décrochement"des filets d'eau, en contribuant ainsi à la stabilité de fonctionnement du dispositif. electric outdoor).
In addition to this effect favoring starting, this elasticity determines a lesser increase in the incidence (i) when, in normal operation, the current (Va) accelerates. This delays the moment of the "unhooking" of the water streams, thus contributing to the operating stability of the device.
Il est difficile de prévoir à l'avance si la turbine présentée ici aura un développement plus important pour l'exploitation des cours d'eau que pour celle des courants marins. It is difficult to predict in advance whether the turbine presented here will have a greater development for the exploitation of watercourses than for that of marine currents.
C'est cette seconde alternative qui est choisie comme exemple de réalisation dans ce qui suit. Dans cette perspective,'on peut envisager d'alimenter en courant électrique un endroit isolé, au bord de la mer. Une ou plusieurs turbines peuvent être placées dans une passe menant à un plan d'eau ; ou au large d'une côte où les courants sont violents. It is this second alternative which is chosen as an embodiment in the following. In this perspective, it is possible to envisage supplying electric current to an isolated place, by the sea. One or more turbines can be placed in a pass leading to a body of water; or off a coast where the currents are strong.
Plus ambitieux est l'alimentation d'appoint d'un grand réseau électrique alternatif par l'établissement d'un véritable"champ de turbines", également placées au large ou dans une passe, dans un lieu ou les courants de marées sont très forts (RAZ DE SEIN par exemple). More ambitious is the supplementary supply of a large alternative electrical network by the establishment of a veritable "field of turbines", also placed offshore or in a pass, in a place where the tidal currents are very strong. (BREAST RESET for example).
Celles-ci auront leur lourd socle déposé sur un fond plat (pour que l'arbre (3) soit à peu près vertical). Des éléments en béton, ou constitués de poutrelles métalliques, portant les deux paliers (5) et (5'), seront fixés sur lui pour maintenir la turbine à la bonne hauteur. These will have their heavy base placed on a flat bottom (so that the shaft (3) is roughly vertical). Concrete elements, or made of metal beams, carrying the two bearings (5) and (5 '), will be fixed on it to keep the turbine at the right height.
Un alternateur sera logé dans un compartiment étanche lié au socle. Cette étanchéité, aussi bien pour le passage de l'arbre (3) que pour les câbles électriques et les portes de visites, devra être An alternator will be housed in a watertight compartment linked to the base. This tightness, both for the passage of the shaft (3) as for the electric cables and the inspection doors, must be
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particulièrement soignée. particularly neat.
Le démarrage de la turbine se fera par le réseau général électrique (par les moyens classiques, comme il a été dit, utilisés pour le démarrage des moteurs synchrones). La turbine continuera à tourner toujours à la même vitesse constante déterminée par la période du réseau, même au cours des étals de marées, avec une faible énergie prélevée alors sur le réseau. The turbine will be started by the general electrical network (by conventional means, as has been said, used for starting synchronous motors). The turbine will continue to rotate always at the same constant speed determined by the period of the network, even during tidal stalls, with a low energy taken from the network.
Pour économiser cette énergie, il pourra cependant être envisagé de laisser la turbine s'arrêter d'elle-même, en l'isolant du réseau pendant ces périodes d'étals. La remise en route étant réalisée comme il est dit précédemment. To save this energy, it could however be envisaged to let the turbine stop by itself, by isolating it from the network during these periods of stalls. The restart is carried out as described above.
Une telle installation sera entièrement à l'abri des tempêtes et ne craindra pas de vitesses de courant excessives, car celles-ci ne dépendent que des coefficients de marée (ce qui permet également de bien prévoir à l'avance les taux de productions d'électricité et de mettre en fonction à temps les générateurs thermiques d'appoint). Such an installation will be entirely sheltered from storms and will not fear excessive current speeds, since these depend only on the tidal coefficients (which also makes it possible to predict production rates well in advance. electricity and start up the auxiliary heat generators in time).
De plus, sur un même littoral, les heures de marées sont étalées dans le temps, ce qui tend à égaliser la production d'énergie. In addition, on the same coast, the tide times are spread over time, which tends to equalize energy production.
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