FR2849472A1

FR2849472A1 - Power generation water turbine has water level control sluice integrated into centre of turbine ring

Info

Publication number: FR2849472A1
Application number: FR0216697A
Authority: FR
Inventors: Michel Fonfrede
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2022-12-26
Also published as: FR2849472B1

Abstract

The water turbine for power generation has a wheel (1) with vanes (2) rotating on a horizontal shaft (6). A sluice (4) acts as a barrier to control the water level, a water intake channel and a discharge channel (16). The sluice is mounted within the annular wheel. The rotor can have support rings (3,5) to support the vanes.

Description

Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention

La présente invention est relative à des roues hydrauliques à aubes, dispositif qui utilise l'énergie potentielle et dynamique de l'eau des cours d'eau ou des marées pour la transformer en énergie mécanique et ou en électricité. The present invention relates to hydraulic paddle wheels, a device which uses the potential and dynamic energy of the water of rivers or tides to transform it into mechanical energy and or into electricity.

Etat de la technique Les roues existantes jusqu'à ce jour, d'utilisation de l'énergie de l'eau dans le sens naturel du courant, sont des roues à aubes assemblées sur un chassis tournant constitué en général de disques avec des rayons de maintient jusqu'à l'axe de 10 rotation, le volume utilisé par la roue est ainsi un volume cylindrique plein qui indu l'axe, toutes sortes de roues à aubes ont vu le jour, dites de dessus, de coté, de dessous etc... STATE OF THE ART The wheels existing to date, using water energy in the natural direction of the current, are paddle wheels assembled on a rotating chassis generally made up of discs with radii of maintains up to the axis of rotation, the volume used by the wheel is thus a full cylindrical volume which indu the axis, all kinds of impellers have emerged, say from above, side, bottom etc ...

La plus perfectionnée a été la roue vanne Sagebien au l9ième siècle qui utilisait la pression de la hauteur de l'eau de sortie basse d'une vanne située juste en amont. 15 Des roues nouvelles du même principe que la Sagebien sont apparues qui font barrage d'eau par elles mêmes, par leur axe constitué d'un cylindre tournant, mais la pénétration des pales dans l'eau du fait de leur liaison avec le cylindre entraine des contraintes nuisibles à l'écoulement et à la géométrie de l'ensemble, ce même problème avait contraint Sagebien à des roues de diamètres très importants La présente roue utilise la totalité du potentiel de la hauteur d'eau en n'imposant aucune contrainte à l'écoulement naturel, les seules pertes sont les pertes de débits des fuites liées à la précision de la fabrication réduites dans ce cas au minimum aux jeu des aubes dans le canal d'évacuation. The most sophisticated was the Sagebien valve wheel in the 19th century which used the pressure of the height of the low outlet water from a valve located just upstream. 15 New wheels of the same principle as the Sagebien have appeared which form a barrier of water by themselves, by their axis consisting of a rotating cylinder, but the penetration of the blades in the water due to their connection with the cylinder causes constraints harmful to the flow and to the geometry of the assembly, this same problem had forced Sagebien to wheels of very large diameters This wheel uses the full potential of the water level by not imposing any constraint on the natural flow, the only losses are the losses of flow rates of the leaks linked to the precision of the manufacture reduced in this case to the minimum to the play of the blades in the evacuation channel.

Une demande a été déposée pour une turbine hydraulique à aubes dans laquelle 25 les aubes sont maintenues par un disque mince plein et non évidé, lié avec un axe de rotation. An application has been made for a hydraulic turbine with blades in which the blades are held by a solid thin disc and not hollowed out, linked with an axis of rotation.

Description La présente invention concerne une roue à aubes qui utilise l'énergie potentielle 30 et dynamique de l'eau des cours d'eau ou des marées pour la transformer en énergie mécanique laquelle peut être transformée en électricité , elle se compose: - d'une partie mobile tournante dite rotor (1) avec des aubes (2) tournant autour d'un axe théorique horizontal (6), il n'y a pas d'axe matériel. Description The present invention relates to a paddle wheel which uses the potential and dynamic energy of the water of streams or tides to transform it into mechanical energy which can be transformed into electricity, it is composed of: a rotating mobile part called rotor (1) with vanes (2) rotating around a theoretical horizontal axis (6), there is no material axis.

- d'une partie fixe (4) faisant office du barrage nécessaire à la retenue de la 35 hauteur d'eau - d'un canal d'entrée et de sortie des eaux (5) L'innovation est constituée par la forme de la partie mobile (1) sans axe, qui rend possible, dans le volume laissé libre par son mouvement, la réalisation de -2 l'élément de retenue des eaux (4), le canal d'entré (5) est dimentionné et fait partie intégrante du dispositif, le tout permet, du fait de l'écoulement naturel de l'eau sans contraintes, les plus hauts rendements pour de faibles hauteur de retenues d'eau. Le dispositif selon La Figure exemple 1 comporte une partie tournante (1) constitué de disques extérieurs ( 3) support des aubes (2) l'exemple comporte seize aubes, mais leur nombre pourra varier en fonction du diamètre de la roue et de sa longueur, liés aux débits et aux hauteurs d'eau à traiter et c'est cet ensemble qui est 10 mobile autour de l'axe théorique, pour les mêmes raisons des disques supports intermédiaires pourront être nécessaires, ces disques sont évidés dans leur partie centrale et n'ont pas d'axe, ainsi le volume de déplacement rotatif est limité à la seule enveloppe extérieure d'un cylindre d'une épaisseur directement issue du seul encombrement volumétrique des aubes dans l'espace. - a fixed part (4) serving as the dam necessary for retaining the water level - a water inlet and outlet channel (5) The innovation consists of the shape of the movable part (1) without axis, which makes possible, in the volume left free by its movement, the realization of -2 the water retaining element (4), the inlet channel (5) is dimensioned and is part integral to the device, the whole allows, due to the natural flow of water without constraints, the highest yields for low height of water reservoirs. The device according to the Figure example 1 comprises a rotating part (1) consisting of external discs (3) supporting the blades (2) the example comprises sixteen blades, but their number may vary depending on the diameter of the wheel and its length , linked to the flow rates and heights of water to be treated and it is this assembly which is movable around the theoretical axis, for the same reasons intermediate support discs may be necessary, these discs are hollowed out in their central part and do not have an axis, thus the volume of rotary movement is limited to the only external envelope of a cylinder of a thickness directly resulting from the only volumetric obstruction of the blades in space.

Ces aubes (2) dans l'exemple sont maintenues et fixées au deux extrémités de leur longueur sur les deux disques extérieur (3), la trajectoire des aubes (7) n'utilisant qu"un volume cylindrique restreint extérieur, laisse ainsi parfaitement libre le volume cylindrique intérieur, entièrement libre et sans axe, dans lequel est implanté la partie fixe (4) qui fait office du barrage de retenue des eaux, cette 20 partie fixe, de forme très variable, comporte des disques fixes (8) qui servent de chemin de guidage et de roulement aux disques mobiles (3), le contact et le roulement est assuré par des galets (9) en nombre variable fonction des diamètres et des efforts à transmettre. These blades (2) in the example are maintained and fixed at the two ends of their length on the two outer discs (3), the trajectory of the blades (7) using only "a restricted cylindrical outer volume, thus leaves perfectly free the internal cylindrical volume, entirely free and without axis, in which is implanted the fixed part (4) which acts as the water retaining dam, this fixed part, of very variable shape, comprises fixed discs (8) which serve guide and rolling path to the movable discs (3), the contact and the rolling is ensured by rollers (9) in variable number depending on the diameters and the forces to be transmitted.

Les aubes (2) ont une forme hydrodynamique afin, d'une part de donner 25 une raideur suffisante à leur tenue mécanique et d'autre part du fait de leur inclinaison, leur permettre lors de leur pénétration et de leur déplacement dans l'eau jusqu'à l'entrée ( 5) de développer des forces hydronynamiques favorables au sens de rotation du rotor et non opposées. The blades (2) have a hydrodynamic shape in order, on the one hand to give a sufficient stiffness to their mechanical strength and on the other hand due to their inclination, to allow them during their penetration and their displacement in water up to the inlet (5) to develop hydronynamic forces favorable to the direction of rotation of the rotor and not opposite.

L'ensemble mobile et sans axe, constitué par ces disques (3) et ces aubes (2) est guidé et maintenu au contact de la partie fixe par l'intermédiaire de roulements (9) à billes étanches à l'eau, ce sont ces roulements qui permettent la mise en rotation de l'ensemble avec le minimum de pertes, suite à la pression excercée par la hauteur d'eau sur les aubes dans le chenal. 35 Suivant la Figure 2: le volume non mobilisé par le déplacement rotatif des aubes permet d'intégrer la partie fixe (4) et sans axe, formant le barrage fixe de retenue des eaux, et ses guides circulaires (8), et laisse uniquement en partie basse -3 le passage (5) pour les pales (2), ce barrage constitue lui-même par sa forme géométrique le canal d'amenée (5) et de sortie des eaux adapté aux débits de chaque ouvrage.Cette partie fixe est liée à des parois verticales en béton (10) qui font office de retenue latérales des terrains. The movable and axisless assembly, constituted by these discs (3) and these blades (2) is guided and kept in contact with the fixed part by means of bearings (9) with watertight balls, these are these bearings which allow the assembly to rotate with the minimum of losses, following the pressure exerted by the water height on the blades in the channel. 35 According to Figure 2: the volume not mobilized by the rotary movement of the blades makes it possible to integrate the fixed part (4) and without axis, forming the fixed water retaining dam, and its circular guides (8), and leaves only in the lower part -3 the passage (5) for the blades (2), this dam itself constitutes by its geometric shape the inlet channel (5) and water outlet adapted to the flow rates of each structure. is linked to vertical concrete walls (10) which act as lateral land restraint.

L'ensemble tournant comporte à l'une de ses extrémités un roue dentée circulaire (12) qui permet d'entraîner ou bien les éléments mécaniques ou ceux du multiplicateur de vitesse nécessaire à la transformation d'une vitesse de roue de l'ordre de 20tours/minute aux vitesses nécessaires à la production électrique des 10 générateurs de l'ordre de 1000 tours/minute. The rotating assembly comprises at one of its ends a circular toothed wheel (12) which makes it possible to either drive the mechanical elements or those of the speed multiplier necessary for the transformation of a wheel speed of the order of 20tours / minute at the speeds necessary for the electrical production of the 10 generators of the order of 1000 revolutions / minute.

Le diamètre hors tout de la roue du fait de la position de l'axe et des impératifs de pénétration dans l'eau des aubes pourra être très variable. The overall diameter of the wheel due to the position of the axle and the requirements for penetration of the blades into the water can be very variable.

L'action de la pression de l'eau sur les aubes dans le chenal bénéficie d'un bras de 15 levier très important, ce qui permet une mise en fonctionnement avec le minimum d'énergie. Les hauteurs d'eau pourront être très basses jusqu'à des hauteurs de 4 m ou plus. The action of the pressure of the water on the blades in the channel benefits from a very large lever arm, which makes it possible to operate with the minimum of energy. The water heights can be very low up to heights of 4 m or more.

Les seules limitations du dispositif sont imposées par les contraintes de tenue 20 mécanique et de précision des différents matériaux mis en oeuvre. The only limitations of the device are imposed by the constraints of mechanical strength and precision of the different materials used.

Dans l'exemple représenté par les figures 1 et 2 - la hauteur H de la retenue d'eau est de 2 m - la hauteur des aubes est de 60 cm - la hauteur totale de la roue est de 4m - le débit est de l'ordre de 3,5m3/sec - la puissance produite nette à la sortie du générateur est de l'ordre de 60kW. In the example shown in Figures 1 and 2 - the height H of the water reservoir is 2 m - the height of the blades is 60 cm - the total height of the wheel is 4m - the flow rate is l '' order of 3.5m3 / sec - the net power output at the generator outlet is around 60kW.

Les puissances visées par le présent dispositif pourront être de l'ordre de lOkW à 2000kW. The powers targeted by this device may be of the order of 10kW to 2000kW.

Application industrielle projetée La fabrication générale des éléments, y compris celle des aubes, du fait de leur forme, est très simple et économique. Projected industrial application The general manufacture of the elements, including that of the blades, because of their shape, is very simple and economical.

L'assemblage de l'ensemble peut parfaitement être réalisé sur les sites eux-même 35 La hauteur totale de l'ensemble ainsi que l'énergie produite sont fonction des deux paramètres constituée par les deux éléments différents assemblés: la partie fixe (4-8) ( hauteur d'eau) et les aubes ( débits) ( 2), il est ainsi possible par combinaison de ces deux éléments qui peuvent répondre chacun à un standard de -4 fabrication de répondre par un ensemble standart à de multiples variations de productions.mécaniques et d'energie, ce qui peut conduire à une industralisation du système et une maîtrise parfaite des couts. The assembly of the assembly can perfectly be carried out on the sites themselves 35 The total height of the assembly as well as the energy produced are a function of the two parameters constituted by the two different elements assembled: the fixed part (4- 8) (water height) and the blades (flows) (2), it is thus possible by combination of these two elements which can each meet a manufacturing standard -4 to respond with a standard set to multiple variations of mechanical and energy productions, which can lead to industrialization of the system and perfect cost control.

La conception permet l'installation simple et rapide, après terrassement, en quelques parties préassemblées de cet ensemble aux caractéristiques bien définies et garanties; ce qui ouvre un champ d'équipement nouveau avec l'utilisation des débits et des dénivellations les plus faibles actuellement peu utilisées, ceci pour des couts d'équipement et d'exploitation les plus réduits. 10 Environnement La circulation de l'eau ainsi que la plage des vitesses d'écoulement restent dans le cadre des écoulements naturels, la forme et la distance entre palettes permettent le passage des espèces vivantes sans aucun dommage, répondant ainsi aux 15 préoccupations des pécheurs et des protections écologiques et laisse aussi passer la plupart des objets entraînés par le courant. Ne sont donc nécessaires que des grilles de protection à mailles larges pour des objets importants. The design allows simple and quick installation, after earthworks, in a few pre-assembled parts of this set with well-defined and guaranteed characteristics; which opens up a new field of equipment with the use of the lowest speeds and unevennesses currently little used, this for the lowest equipment and operating costs. 10 Environment The circulation of water as well as the range of flow velocities remains within the framework of natural flows, the shape and the distance between pallets allow the passage of living species without any damage, thus responding to the concerns of fishermen and ecological protections and also lets pass most of the objects carried by the current. Only large mesh protective grids are therefore necessary for important objects.

Les réalisations restent dans l'optique esthétique des roues à aubes traditionnelles. -5 The achievements remain in the aesthetic optics of traditional paddle wheels. -5

Claims

1 - Device according to the invention for capturing hydraulic energy characterized by a vane barrage wheel consisting of: -a rotating part (1) with vanes (2) held by discs (3) whose shape and volume displacement of the assembly, without axis, allows the installation 5 of a fixed part (4-8), entirely free, which acts as the dam necessary for retaining the water height and raceway of the 'rotating assembly.

2 -Device according to claim 1 characterized by a disc (3) supporting the blades (2) which disc comprises rollers (9) for rolling and guiding the rotating assembly on the fixed part (4-8) 10