FR2890124A1 - Turbine a doigts de gant - Google Patents

Abstract

La présente invention consiste à récupérer les énergies potentielles de fluide. Le principe de fonctionnement de cette turbine est l'association de phénomènes physiques : la pesanteur, la modification du centre de gravité du fluide, l'allongement du bras de levier, la force centrifuge, la contre réaction du jet de fluide sur les aubages fixes ou mobiles du stator. Dans cette turbine, le fluide arrive par l'axe central (1). Un ou des répartiteur de fluide (2) dirigent celui-ci dans le ou les doigts de gants (3). Celui-ci se remplit partiellement dans la position proche de l'horizontale. Lorsque l'équilibre est rompu, le doigt de gant tourne sur l'arbre moteur (6) et engendre un mouvement du fluide vers l'extrémité du doigt de gant déplaçant le centre de gravité de la masse du fluide vers l'extrémité du doigt de gant et allongeant le bras de levier, décuplant la force résultante. L'accélération due à la pesanteur et la force centrifuge génèrent une pression qui est récupérée en partie par la contre réaction du jet sur les aubages fixes ou mobiles (9).Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné en complément des installations productrices d'énergie existantes ou en tant que nouvelles installations.

Description

La présente invention consiste à récupérer les faibles ou grandes énergies

potentielles de fluide, des rejet d'eaux usées après traitement, du circuit de refroidissement de centrales nucléaires et autres. Le principe de fonctionnement de la turbine à aubage à doigt de gant (T.D.G.) est l'association de plusieurs phénomènes

physiques simples: la pesanteur qui fait tourner les aubes des moulins anciens, la modification du centre de gravité par le déplacement de la masse du fluide lors de la rotation, la force centrifuge engendrée par la rotation qui applique sa force sur la masse du fluide concentrée à l'extrémité du doigt de gant. Cette force est en partie récupérée par la contre réaction du jet de fluide de vidange sur les aubages fixes ou mobiles du stator. La vidange du doigt de gant durant la rotation allonge le bras de levier de la masse du fluide ce qui compense la perte de masse. Les roues à aube actuelles se servent de la pesanteur d'une colonne de liquide sur une surface. Dans la turbine à aube à doigt de gant, le fluide arrive par l'axe central de la turbine. Un ou des répartiteurs de fluide dirigent celui-ci dans le ou les doigts de gants de droite pour une rotation à droite.

Celui-ci se remplit partiellement dans la position proche de l'horizontale, qui correspond aux forces de résistance dues aux autres pales en doigt de gant qui se vident, à la pesanteur, aux frottements et autres forces appliquées sur l'arbre moteur. Lorsque l'équilibre est rompu aux environs du '/2 volume, le doigt de gant tourne sur l'arbre moteur vers le bas et engendre un mouvement de fluide vers l'extrémité du doigt de gant déplaçant le centre de gravité de la masse de fluide vers l'extrémité du doigt de gant et allongeant le bras de levier entre le centre de gravité de la masse du fluide et l'axe de l'arbre moteur, décuplant la force résultante. La chute du doigt de gant de l'horizontale à la verticale, du rayon entre l'axe de l'arbre moteur et le centre de gravité de la masse du fluide emmagasine l'énergie due à l'accélération de la pesanteur. La force centrifuge et la pesanteur appliquées sur la surface du fluide concentré à l'extrémité du doigt de gant se transforment en pression.

La buse de vidange située sur la partie supérieure de l'extrémité du doigt de gant dirige le jet de vidange du fluide sur les aubages du stator et récupère en partie par la contre réaction de ce jet, la force centrifuge et l'accélération de la pesanteur. La vidange durant la rotation déplace le centre de gravité de la masse du fluide qui compense en partie la perte de masse du fluide. La vidange s'effectue pour une grande partie dans le quart inférieur droit pour une rotation à droite. La découpe supérieure du doigt de gant non obligatoire permet la vidange totale lors de la rotation du doigt de gant entre le début du quart inférieur gauche et la fin du quart supérieur gauche. Cette découpe a pour second rôle de limiter le remplissage du doigt de gant à un volume partiel. Le diamètre, la forme du doigt de gant, sa longueur à l'axe de l'arbre moteur, la taille et la forme de l'axe moteur qui est creux, la forme et la taille de la découpe de vidange ou son absence, la position, le diamètre de la ou des buses de vidanges de chaque doigt de gant, le nombre de doigts de gant sur l'arbre moteur, la pression et le débit du fluide moteur modifient l'énergie et la puissance récupérées. La turbine ainsi créée peut être une simple roue ou une turbine à multiples étages pour permettre un démarrage progressif, une régulation de puissance et de vitesse et l'arrêt de la machine. La répartition des poussées axiales et longitudinales peut nécessiter la mise en opposition de turbines pour atténuer ces poussées. L'alimentation peut s'effectuer par les deux bouts de la turbine, l'un pour le démarrage et la montée en vitesse, l'autre pour la prise de puissance. Les répartiteurs de fluide jouent un rôle non seulement de répartition mais aussi d'avance retard en avançant ou en retardant le remplissage par rapport à l'axe médian, de façon à réguler finement la vitesse de rotation. La pression d'admission peut jouer un rôle important sur la puissance et la vitesse par une régulation simple, par débordement, ou de façon plus complexe. L'aubage doigt de gant peut avoir des formes multiples, par sa taille, le volume utile, le volume disponible, la forme, l'emplacement de la ou des buses de vidange, l'emplacement ou l'absence des découpes supérieures. Le type de montage des doigts de gant sur l'arbre, leur nombre, leur répartition peuvent donner des machines très simples ou très complexes pour récupérer des masses de fluide et les transformer en puissance sur un arbre. Cette puissance peut être mise à la disposition de machines tournantes, pompes, génératrice électrique. Les organes de régulation de puissance, de vitesse, etc peuvent nécessiter des conceptions doigts de gant très différentes, droites, courbes, en Y, etc... Le fait de se servir de la masse des fluides ayant un coefficient de viscosité élevé nécessite la prise en compte d'énergie non élastique, engendrant des pertes de charges élevées, des masses importantes de fluide à répartir, des poussées sur l'arbre importantes.

Le schéma de principe 1 illustre le fonctionnement de la turbine à doigt de gant. Le schéma 2 illustre l'aubage en forme de doigt de gant de tailles différentes. Fonctionnement de la turbine à doiqt de gant: En référence au schéma de principe 1, le fluide arrive par l'axe creux (1). Deux secteurs (2) à l'intérieur de l'axe dirigent le fluide vers le doigt de gant (3) qui se remplit partiellement jusqu'à l'axe médian (4). Une découpe (5) du doigt de gant sert de trop-plein pour limiter le remplissage et sert de vidange dans la partie opposée (cette découpe n'est pas obligatoire, cela dépend du fluide utilisé).

Lorsque l'équilibre entre la masse de fluide du doigt de gant (3) et les forces d'opposition est rompue, le doigt de gant tourne autour de son axe (6) vers le bas. Le fluide contenu dans le doigt de gant se déplace vers l'extrémité (7) du doigt de gant, déplaçant ainsi le centre de gravité de la masse de fluide. Le déplacement du centre de gravité allonge le bras de levier et donc le couple dû à la masse de fluide. Un orifice (8) projette le fluide du doigt de gant vers les aubages fixes (9) du stator. Le fluide s'évacue par les orifices (10). La force centrifuge et l'accélération due à la pesanteur impriment sur la surface du fluide concentré à l'extrémité du doigt de gant une pression qui par contre réaction du jet de fluide sur les aubages fixes engendre une poussée sur le doigt de gant (3). Le stator (10) commence avant l'horizontale et se termine après la verticale mais il peut également faire le tour complet. Lorsque le doigt de gant arrive en position verticale basse (11), il est presque vide et c'est le doigt de gant (12) qui se remplit. Le doigt de gant (3) continue sa rotation et se vide complètement si cela n'est pas déjà fait (au démarrage par exemple) par la découpe (5).

En référence au schéma de principe 2, l'aubage à doigts de gant de tailles différentes permet d'assurer le démarrage, la prise de puissance et la montée en puissance d'une turbine multi étages avec deux arrivées en opposition pour diminuer la perte de charge. La vanne d'admission de fluide (1) permet le démarrage et la prise de puissance (de 0 à 30 %). La vanne d'admission (2) permet le montée en puissance de 25 à 100 %. Les aubages à doigts de gant (3) sont de taille et de volume différents pour permettre une mise en service et une prise de puissance. Les aubages fixes du stator (4) dirigent le fluide vers la sortie (5) après turbinage. Cette turbine sera couplée à un alternateur, une pompe, etc. Cette invention est destiné à produire de l'énergie et de la puissance à partir de 20 faibles ou grandes énergies potentielles de fluide. Habituellement c'est la pression qui est utilisée et nécessite de grandes colonnes d'eau.

Dans le cadre de protection de la planète, cette invention est primordiale dans le sens où elle permet de produire une quantité importante d'énergie propre, sans rejet, avec un minimum d'investissement. Elle peut être complémentaire à un autre moyen de production existant ou utilisée seule.

Claims (4)

Revendications

1) Turbine à aubage à Doigts de Gant (T.D.G.) récupérant les faibles ou grandes énergies potentielles de fluide caractérisée en ce qu'elle se compose d'une vanne d'admission du fluide (1) (Fig 2), d'un axe creux d'arrivée du fluide (1) (Fig 1), d'un ou plusieurs répartiteurs de fluide (2) (Fig 1), d'un ou plusieurs doigts de gants creux (3) (Fig 1), le répartiteur de fluide dirigeant le fluide vers l'intérieur du doigt de gant, d'une découpe supérieure du doigt de gant (5) (Fig 1) de vidange totale du fluide, d'une buse de vidange (8) (Fig 1) située sur la partie supérieure de l'extrémité du doigt de gant, d'aubages fixes du stator (9) (Fig 1), la buse de vidange dirigeant le jet de vidange du fluide sur les aubages fixes du stator, les aubages fixes du stator dirigeant le fluide vers la sortie après turbinage, d'orifices sur le stator (10) (Fig 1) pour l'évacuation du fluide.

2) Turbine selon la revendication 1 caractérisée en ce que la découpe supérieure du doigt de gant (5) (Fig 1) n'est pas obligatoire pour le fonctionnement de la turbine mais permet la vidange totale du fluide lors de la rotation et limite le remplissage du doigt de gant à un volume partiel.

3) Turbine selon la revendication 1 caractérisée en ce que I'aubage à doigt de gant permet d'assurer le démarrage, la prise de puissance et la montée en puissance d'une turbine multi-étages avec deux vannes d'admission en opposition (1) et (2) (Fig 2) pour limiter la perte de charge.

4) Turbine selon la revendication 1 en ce que la turbine peut être mise à la disposition de machines tournantes, pompes ou génératrices électriques.