FR2997136A1 - Ensemble comprenant une hydrolienne et un deflecteur de flux d'eau - Google Patents

Ensemble comprenant une hydrolienne et un deflecteur de flux d'eau Download PDF

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Abstract

Ensemble comprenant une hydrolienne et un déflecteur de flux d'eau (1), hydrolienne comprenant un rotor (2) monté rotatif autour d'un axe de rotation (X) sensiblement parallèle au flux d'eau (F, F'), ledit rotor (2) comprenant une pluralité de pales (4) tournant dans un espace de rotation, le déflecteur de flux (1) présentant une surface défléchissante, le déflecteur de flux (1) présentant : une extrémité proximale de l'espace de rotation des pales (4) présentant une zone concave dans un plan parallèle à la surface de rotation, ladite zone concave étant adaptée à être positionnée sous l'espace de rotation des pales (4), une extrémité distale de l'espace de rotation des pales (4) ayant dans un plan parallèle à la surface de rotation un bord présentant au moins une portion rectiligne adaptée à être positionnée à proximité d'un fond du courant d'eau.

Description

Ensemble comprenant une hydrolienne et un déflecteur de flux d'eau Domaine technique et état de l'art La présente invention se rapporte aux hydroliennes destinées à exploiter l'énergie 5 des courants marins. Plus particulièrement, la présente invention concerne une hydrolienne et un déflecteur de flux de courant pour hydrolienne. Classiquement, les hydroliennes sont des machines sous-marines qui utilisent les courants de marée. La technologie d'hydrolienne est totalement immergée et repose sur le fond marin ou fluvial. La vitesse du courant est relativement constante en pleine eau, 10 mais tend vers zéro à l'approche du fond. Pour obtenir une vitesse constante, les hydroliennes possèdent un canal de flux de courant qui permet d'augmenter le débit du courant sur le rotor. Le document W02006/029496 décrit une invention permettant d'augmenter le débit du flux de courant arrivant sur le rotor de l'hydrolienne. Toutefois, cette solution ne 15 prend pas en compte le faible débit du flux de courant marin ou fluvial à proximité du fond. En effet, lorsque l'hydrolienne est positionnée à proximité du fond, l'homogénéité du champ de pression exercée par l'eau n'est pas la même sur toute la surface du rotor de l'hydrolienne. La mauvaise homogénéité du flux de courant arrivant sur l'hydrolienne détériore le rotor et réduit les performances de l'hydrolienne. 20 Pour s'affranchir de la variation de l'homogénéité du flux de courant, les hydroliennes sont surélevées pour que le diamètre vertical de leur rotor puisse être immergé dans un flux de courant proche de l'homogénéité. Toutefois, l'hydrolienne reste sujette aux perturbations induites par la houle. Un autre inconvénient est la grande proximité avec la surface qui génère des contraintes aux usagers de la navigation. Cette 25 configuration nuit au bon fonctionnement et à la longévité de l'utilisation des hydroliennes. Le but de la présente invention est de pallier à ces inconvénients et de proposer un ensemble comprenant une hydrolienne permettant de maintenir une hydrolienne à proximité du fond marin ou fluvial en homogénéisant le flux de courant arrivant sur l'hydrolienne pour améliorer ses performances.
Description de l'invention Ensemble comprenant une hydrolienne et un déflecteur de flux d'eau, hydrolienne comprenant un rotor monté rotatif autour d'un axe de rotation sensiblement parallèle au flux d'eau, ledit rotor comprenant une pluralité de pales tournant dans un espace de rotation en forme de disque dont une face principale est perpendiculaire à l'axe de rotation, le déflecteur de flux présentant une surface défléchissante ayant une forme générale d'un tronc de cône évasé vers la proximité d'un fond du courant d'eau, le déflecteur de flux présentant : une extrémité proximale de l'espace de rotation des pales présentant une zone concave dans un plan parallèle à la surface de rotation, ladite zone concave étant adaptée à être positionnée sous l'espace de rotation des pales, une extrémité distale de l'espace de rotation des pales ayant dans un plan parallèle à la surface de rotation un bord présentant au moins une portion rectiligne adaptée à être positionnée à proximité d'un fond du courant d'eau. Selon d'autres caractéristiques : - ledit déflecteur de flux comprend une première partie et une deuxième partie positionnées de part et d'autre de l'espace de rotation du rotor, la première partie et la deuxième partie étant symétriques par rapport à un point passant par l'intersection de l'axe de rotation du rotor et du plan dans lequel s'étendent les pales du rotor ; - le déflecteur de flux comprend une longueur L définie entre deux extrémités distales de part et d'autre de l'espace de rotation, et une hauteur h définie entre une extrémité basse du déflecteur de flux sous l'espace de rotation des pales du rotor et l'extrémité distale de l'espace de rotation des pales, caractérisé en ce que le déflecteur de flux comprend un rapport de h/L de l'ordre de 0,15 à 0,30, de préférence de l'ordre de 0,20 à 0,25; - le déflecteur de flux comprend au moins une surface inclinée selon un angle d'incidence défini par rapport à l'axe de rotation du rotor dans le plan horizontal de sorte que ledit déflecteur de flux oriente le flux de courant sensiblement à la perpendiculaire du plan longitudinal des pales ; - la surface défléchissante comprend une pluralité d'ailettes positionnées de part et d'autre à proximité du rotor, lesdites ailettes étant orientées selon l'angle d'incidence de sorte à augmenter l'impact du flux de courant sur les pales du rotor ; - ledit déflecteur de flux est solidaire de l'embase de l'hydrolienne. Le tronc de cône est défini par la droite de rotation du rotor et est coupé par la face principale perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor. Par exemple, la section du tronc de cône est un disque dont le rayon est défini entre l'extrémité distale de l'espace de rotation et l'axe de rotation du rotor. L'ensemble permet d'augmenter le débit du flux de courant en partie basse du rotor de sorte à homogénéiser le champ de pression sur l'ensemble du rotor. Ainsi, on améliore les performances de l'hydrolienne tout en évitant les contraintes très pénalisantes en fatigue et vibration induites par les poussées très différentes sur les pales en rotation. Avantageusement, l'ensemble permet d'éviter de soumettre la structure de l'hydrolienne aux effets de turbulences de la houle par des carénages ayant des tramées importantes en altitude au-dessus du fond. Un autre avantage est de protéger la zone de fond contre d'éventuels affouillements qui auraient pu être induits par des survitesses sous le rotor pouvant mettre en danger la stabilité de l'ouvrage par remaniement des sédiments du fond. L'ensemble contribue également à la stabilisation sur le fond de l'hydrolienne en apportant un poids supplémentaire selon la verticale de l'hydrolienne afin de plaquer l'ensemble sur le fond. La symétrie du déflecteur de flux permet d'avoir les mêmes effets avantageux dans les deux sens d'un courant bidirectionnel.
Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit, réalisée sur la base des dessins annexés. Ces exemples sont donnés à titre non limitatif. La description est à lire en relation avec les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente une vue de profil de l'ensemble hydrolienne comprenant un déflecteur de flux selon l'invention, - la figure 2 représente une vue de dessus de l'ensemble selon l'invention, - la figure 3 représente une vue de face selon une variante du déflecteur de flux, - la figure 4 représente une vue de dessus de la figure 3, - la figure 5 représente une vue de détails du flux de courant arrivant sur une pale du rotor, - la figure 6 représente une vue de profil selon une autre variante comprenant des ailettes, - la figure 7 représente une vue de face de la figure 5. Description de modes de réalisation de l'invention Pour éviter les perturbations dues aux houles et aux usagers de la navigation, les hydroliennes sont immergées et positionnées sur le fond marin ou fluvial. Or, la rugosité du fond conduit à une stratification dans la tranche d'eau des vitesses de courant. En effet, plus la distance avec le fond est faible, plus la vitesse du flux de courant est faible. La figure 1 représente un ensemble d'hydrolienne avec un déflecteur de flux 1. Le déflecteur de flux 1 va détourner la direction du flux de courant à proximité du fond de sorte à concentrer le flux de courant vers la partie basse du rotor 2 de l'hydrolienne. C'est- à-dire entre l'axe de rotation du rotor et le déflecteur de flux 1. De cette manière, le déflecteur de flux 1 permet d'homogénéiser le flux de courant de sorte à éviter les contraintes mécaniques sur l'arbre porteur du rotor ainsi que les contraintes mécaniques de type flexion alternée sur la partie haute et basse du rotor. Par exemple, ce fonctionnement évite des défaillances d'étanchéité.
Le déflecteur de flux 1 est en deux parties. La première partie est de forme générale d'un tronc de cône évasé vers la proximité d'un fond du courant d'eau. La forme générale est un tronc de cône de révolution auquel on a enlevé la partie supérieure. Par exemple, ce tronc de cône comprend plusieurs facettes.
A la figure 1, un axe Ep de l'extrémité proximale est représenté et indique l'extrémité proximale de l'espace de rotation des pales 4. Le rotor possède une pluralité de pales 4 tournant dans un espace de rotation en forme de disque dont une face principale est perpendiculaire à l'axe de rotation X. Dans un plan parallèle à la surface de rotation, le déflecteur de flux 1 présente une zone concave positionnée sous l'espace de rotation des pales 4. Un axe Ed de l'extrémité distale représente l'extrémité distale et indique l'extrémité distale de l'espace de rotation des pales 4. Dans un plan parallèle à la surface de rotation, un bord présente au moins une portion rectiligne permettant d'être positionnée à proximité d'un fond du courant d'eau. Dans ce mode de réalisation, le bord est solidaire de la structure de base 3 du déflecteur de flux. Une hauteur h est définie entre une extrémité basse tangente aux pales du rotor 2 et l'extrémité distale de l'espace de rotation des pales 4 à proximité d'un fond du courant. La hauteur h est la plus petite distance entre l'extrémité proximale et l'extrémité distale de l'espace de rotation du rotor de sorte que la hauteur h est définie entre l'axe Ep de l'extrémité proximale et l'axe Ed de l'extrémité distale. Selon un mode de réalisation, par exemple, le déflecteur de flux 1 est symétrique de part et d'autre du rotor 2. Le déflecteur de flux 1 symétrique permet d'avoir les mêmes effets dans les deux sens du courant, par exemple dans un courant bidirectionnel de marée. Dans ce cas, les deux extrémités distales du déflecteur de flux 1 par rapport au rotor 2 touchent le fond de sorte à défléchir les courants les plus profonds. Un autre intérêt est d'éviter que le flux de courant ne remanie les sédiments du fond mettant en danger la stabilité de l'ensemble. On définit la longueur L comme étant la distance entre deux extrémités distales de part et d'autre de l'espace de rotation. Le rapport h/L est de l'ordre de 0,15 à 0,30 et de préférence de l'ordre de 0,20 à 0,25. A proximité du rotor 2, la surface du déflecteur de flux 1 est tangente à la circonférence inférieure du rotor 2 pour avoir les mêmes effets quelle que soit la position du rotor. Par exemple, l'extrémité proximale du déflecteur de flux 1 est positionnée à proximité de la circonférence des pales 4 du rotor 2 de sorte à laisser un jeu entre le déflecteur de flux 1 et chaque pale 4. Le déflecteur de flux 1 peut être un voile chaudronné ou un voile en béton. Tout autre matériau permettant cette forme de surface du déflecteur de flux 1 peut être envisagé. Selon un mode de réalisation, le déflecteur de flux 1 peut également être composé d'une pluralité de facettes inclinées. Dans une autre forme de réalisation, le déflecteur de flux 1 est solidaire de la structure de base 3 du déflecteur de flux reposant sur le fond du flux de courant. L'avantage est de simplifier la construction. Sur la figure 2, le champ du flux de courant F est dévié par le déflecteur de flux 1. La hauteur h peut être ajustée pour permettre de moduler la surface du déflecteur de flux 1. Cette valeur permet de s'adapter au fond dans le but d'obtenir une répartition aussi homogène que possible lorsque le flux de courant arrive sur l'hydrolienne. Les figures 3 à 5 représentent une variante selon l'invention qui favorise l'homogénéité du flux de courant sur les pales du rotor 2. Le champ du flux de courant F' est un champ du flux de courant décalé selon un angle d'incidence a. En effet, selon un angle d'incidence a, le flux de courant est défléchi par le déflecteur de flux 1 et orienté selon l'angle d'incidence a de sorte que le flux de courant F' arrive selon un axe sensiblement perpendiculaire du plan longitudinal des pales 4. De cette manière, la surface du déflecteur de flux 1 défléchissant le flux de courant F' selon l'angle d'incidence a, améliore l'incidence et l'impact du flux de courant F' sur les pales 4. Cette configuration pré-oriente le flux de courant dans le sens de rotation du rotor 2 et contribue à améliorer les performances de l'hydrolienne. Les figures 6 et 7 représentent une variante du déflecteur de flux I. En effet, selon cette variante, des ailettes 5 sont rajoutées pour améliorer l'incidence du flux de courant F, F' sur les pales 4 du rotor 2. Les ailettes 5 sont solidaires du déflecteur de flux I. Dans cette configuration, le flux de courant est dévié par les facettes du déflecteur de flux 1 et arrive sur les ailettes, puis les ailettes modifient le flux de courant selon l'angle d'incidence a. Les ailettes défléchissent le flux de courant et permettent de pré-orienter le flux de courant selon chaque angle d'incidence a des ailettes. Chaque angle d'incidence a est défini autour du demi-diamètre inférieur du rotor selon un axe perpendiculaire au plan de chaque pale 4 du rotor 2.
Pour avoir le même effet dans les deux sens du flux de courant, les ailettes 5 sont positionnées de part et d'autre du rotor 2.5 Nomenclature 1 déflecteur de flux 2 rotor 3 structure de base du déflecteur de flux 4 pales 5 ailettes Ep axe de l'extrémité proximale Ed axe de l'extrémité distale a angle d'incidence

Claims (6)

  1. REVENDICATIONS1. Ensemble comprenant une hydrolienne et un déflecteur de flux d'eau (1), hydrolienne comprenant un rotor (2) monté rotatif autour d'un axe de rotation (X) sensiblement parallèle au flux d'eau (F, F'), ledit rotor (2) comprenant une pluralité de pales (4) tournant dans un espace de rotation en forme de disque dont une face principale est perpendiculaire à l'axe de rotation (X), le déflecteur de flux (1) présentant une surface défléchissante ayant une forme générale d'un tronc de cône évasé vers la proximité d'un fond du courant d'eau, le déflecteur de flux (1) présentant : une extrémité proximale de l'espace de rotation des pales (4) présentant une zone concave dans un plan parallèle à la surface de rotation, ladite zone concave étant adaptée à être positionnée sous l'espace de rotation des pales (4), une extrémité distale de l'espace de rotation des pales (4) ayant dans un plan parallèle à la surface de rotation un bord présentant au moins une portion rectiligne adaptée à être positionnée à proximité d'un fond du courant d'eau.
  2. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit déflecteur de flux (1) comprend une première partie et une deuxième partie positionnées de part et d'autre de l'espace de rotation du rotor (2), la première partie et la deuxième partie étant symétriques par rapport à un point passant par l'intersection de l'axe de rotation du rotor (2) et du plan dans lequel s'étendent les pales (4) du rotor (2).
  3. 3. Ensemble selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le déflecteur de flux (1) comprend une longueur L définie entre deux extrémités distales de part et d'autre de l'espace de rotation, et une hauteur h définie entre une extrémité basse du déflecteur de flux (1) sous l'espace de rotation des pales (4) du rotor (2) et l'extrémité distale de l'espace de rotation des pales (4), caractérisé en ce que le déflecteur de flux (1) comprend un rapport de h/L de l'ordre de 0,15 à 0,30, de préférence de l'ordre de 0,20 à 0,25.
  4. 4. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le déflecteur de flux (1) comprend au moins une surface inclinée selon un angle d'incidence (a) défini par rapport à l'axe de rotation du rotor (2) dans le plan horizontal de sorte que ledit déflecteur de flux (1) oriente le flux de courant (F, F') sensiblement à la perpendiculaire du plan longitudinal des pales (4).
  5. 5. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface défléchissante comprend une pluralité d'ailettes (5) positionnées de part et d'autre à proximité du rotor (2), lesdites ailettes (5) étant orientées selon l'angle d'incidence (a) de sorte à augmenter l'impact du flux de courant (F, F') sur les pales (4) du rotor (2).
  6. 6. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit déflecteur de flux (1) est solidaire de l'embase de l'hydrolienne.15
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