FR3023868A1

FR3023868A1 - TURBINE AND DISC PUMP

Info

Publication number: FR3023868A1
Application number: FR1401651A
Authority: FR
Inventors: Eric Marmiroli
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2016-01-22
Also published as: EP2975214A1

Abstract

La turbine (200) à disques comporte : - un arbre (120) droit en rotation muni d'un échappement axial, - des disques (205) montés sur l'arbre, de manière perpendiculaire à l'axe de l'arbre et - un injecteur (110) de fluide sous pression tangentiellement et en périphérique des disques. Les disques présentent des aspérités de surface d'une profondeur d'au moins un tiers de l'épaisseur de la couche limite des mêmes disques et du même fluide sans aspérité. Dans des modes de réalisation, au moins un des disques est : - un disque de meuleuse, - un disque de disqueuse et/ou - un disque abrasif. Dans des modes de réalisation, au moins un des disques comporte un matériau thermodurcissable armée de fibres.The disk turbine (200) comprises: - a straight rotational shaft (120) provided with an axial exhaust, - disks (205) mounted on the shaft, perpendicular to the axis of the shaft and - an injector (110) of fluid under pressure tangentially and peripherally of the disks. The discs have surface roughness of a depth of at least one third of the thickness of the boundary layer of the same discs and the same fluid without asperity. In embodiments, at least one of the disks is: - a grinder disk, - a grinder disk and / or - an abrasive disk. In embodiments, at least one of the disks comprises a fiber-reinforced thermosetting material.

Description

TURBINE ET POMPE A DISQUES DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention vise une turbine et une pompe à disques. Elle s'applique, en particulier, aux génératrices d'électricités et aux systèmes de pompage.TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention is directed to a turbine and a disk pump. It applies, in particular, to electricity generators and pumping systems.

ETAT DE LA TECHNIQUE La turbine de Tesla est un type de turbine sans pales breveté par Nikola Tesla en 1913. Elle utilise l'effet de couche limite et non l'impact d'un fluide contre des pales comme c'est le cas dans une turbine conventionnelle. La turbine de Tesla est également connue sous les noms de turbine à couche limite, turbine à cohésion, et en anglais : boundary layer turbine, cohesion-type turbine, et Prandtl layer turbine Une turbine de Tesla consiste en un jeu de disques lisses, avec des buses appliquant un gaz sous pression sur les bords des disques. Le gaz exerce un frottement sur le disque, par un phénomène de viscosité et d'adhésion de la couche limite du gaz. À mesure que le gaz ralentit et cède de l'énergie aux disques, il spirale 20 vers un échappement central. Puisque le rotor n'a pas d'aspérités, il est très robuste. Les figures 1 et 2 représentent, schématiquement, ce fonctionnement en vue en coupe longitudinale et axiale. Dans une turbine 100, des disques 105 coaxiaux entourent un échappement 115 et un arbre 120. Un injecteur 110 injecte un gaz ou un liquide selon la flèche 25 125. Ce fluide suit la périphérie d'un disque 105, selon la flèche 130. Après un tour, le fluide a perdu de la vitesse et de la pression. Il est donc poussé vers le centre du disque lors de sa rencontre avec le fluide provenant de l'injecteur représenté par la flèche 125. Le fluide suit donc un chemin spiral représenté par les flèches 135 et 140 successives, jusqu'à atteindre l'échappement 115 avec une vitesse presque nulle et 30 une pression réduite. Toutes les plaques et les rondelles sont fixées sur un arbre fileté aux extrémités, et équipé d'écrous pour serrer l'ensemble. Cette construction permet une libre expansion et contraction de chaque plaque individuellement, sous l'influence variable de la chaleur ou de la force centrifuge. Une plus grande surface de plaque, et donc plus de puissance sont obtenus pour une épaisseur donnée. La torsion est virtuellement éliminée et de plus faibles marges latérales peuvent être utilisées, ce qui diminue les fuites et les pertes de friction. L'équilibrage dynamique est facilité et le fonctionnement est plus silencieux. Comme les disques ne sont pas rigidement fixés, ils sont protégés contre les dommages qui pourraient sinon être causés par les vibrations ou une vitesse excessive. La turbine de Tesla peut fonctionner dans une installation utilisant un mélange de vapeur et de produits de combustion. Une installation à turbine de Tesla comme illustrée ci-contre est : capable de démarrer avec seulement de la vapeur et adaptée 10 pour travailler avec des fluides à haute température. Une turbine de Tesla efficace nécessite un faible espacement entre les disques. Par exemple, un modèle à vapeur doit maintenir un écart inter disques de 0,4 mm. Les disques doivent être les plus lisses possibles pour minimiser la surface et les pertes. Les disques doivent également être les plus fins possibles, pour éviter 15 la traînée et les turbulences sur les bords. Malheureusement, éviter que les disques ne se tordent ou se voilent est une difficulté majeure. Si un jeu de disques similaires et un boîtier en forme de volute (et non circulaire comme dans une turbine) sont utilisés, l'appareil peut être employé comme pompe. Dans cette configuration, un moteur est accouplé à l'arbre 120. Le fluide 20 entre près du centre, par l'échappement 115, qui fonctionne alors comme un injecteur. Le fluide reçoit de l'énergie par les disques en rotation, et sort à la périphérie par l'injecteur 110 fonctionnant alors comme échappement. La turbine de Tesla n'utilise pas la friction dans son sens conventionnel ; précisément, elle l'évite, et utilise l'adhésion (effet Coanda) et la viscosité à la plaque. Elle utilise l'effet de 25 couche limite sur les disques. Le concept de Tesla contourne les principaux inconvénients de la turbine à pales. Il souffre cependant d'autres problèmes comme les pertes par cisaillement et par limitation de débit. Quelques-uns des avantages de la turbine de Tesla reposent dans des applications à débit relativement faible, ou lorsque de petites puissances 30 sont demandées. Ce problème peut être réglé en renforçant les disques avec du kevlar ou d'autres fibres très résistantes. Les disques doivent être aussi fins que possible sur les bords pour ne pas introduire de turbulence lorsque le fluide quitte les disques. Ceci se traduit par le besoin d'augmenter le nombre de disques à mesure que le flux augmente. Le rendement de ce système est maximal quand l'espacement inter disques approche l'épaisseur de la couche limite, et comme cette dernière dépend de la viscosité et de la pression, l'affirmation qu'une conception unique peut être utilisé efficacement pour divers carburants et fluides est incorrecte. Une turbine de Tesla ne diffère d'une turbine conventionnelle que par le mécanisme utilisé pour transférer l'énergie à l'arbre. Diverses analyses montrent que le débit entre les disques doit être maintenu relativement faible pour maintenir le rendement. Le rendement de la turbine de Tesla diminue lorsque la charge (c'est-à-dire le couple sur l'arbre) augmente. Sous une faible charge, la spirale empruntée par le fluide se déplaçant de l'admission à l'échappement est une spirale serrée, effectuant de nombreuses rotations. En charge, le nombre de rotations chute et la spirale se raccourcit progressivement. Ceci augmente les pertes par cisaillement et réduit le rendement. Le rendement d'une turbine de Tesla fonctionnant avec un gaz est estimé supérieur à 60 %, avec un maximum à 95 % (selon les affirmations de Nikola Tesla).STATE OF THE ART The Tesla turbine is a type of turbine without blades patented by Nikola Tesla in 1913. It uses the effect of boundary layer and not the impact of a fluid against blades as it is the case in a conventional turbine. The Tesla turbine is also known as a boundary layer turbine, a cohesive turbine, and a boundary layer turbine, a turbine-type cohesion, and a Prandtl layer turbine. A Tesla turbine consists of a set of smooth disks, nozzles applying pressurized gas to the edges of the discs. The gas exerts a friction on the disk, by a phenomenon of viscosity and adhesion of the boundary layer of the gas. As the gas slows down and gives energy to the discs, it spirals toward a central exhaust. Since the rotor has no roughness, it is very robust. Figures 1 and 2 show schematically, this operation in longitudinal and axial sectional view. In a turbine 100, coaxial disks 105 surround an escapement 115 and a shaft 120. An injector 110 injects a gas or a liquid according to the arrow 125. This fluid follows the periphery of a disk 105, according to the arrow 130. one turn, the fluid lost speed and pressure. It is thus pushed towards the center of the disk when it meets the fluid coming from the injector represented by the arrow 125. The fluid therefore follows a spiral path represented by the arrows 135 and 140 in succession, until reaching the exhaust 115 with almost zero speed and reduced pressure. All plates and washers are attached to a threaded shaft at the ends, and fitted with nuts to tighten the assembly. This construction allows free expansion and contraction of each plate individually, under the varying influence of heat or centrifugal force. A larger plate area, and thus more power are obtained for a given thickness. Torsion is virtually eliminated and lower side margins can be used, which reduces leakage and friction loss. Dynamic balancing is facilitated and operation is quieter. As the discs are not rigidly fixed, they are protected against damage that might otherwise be caused by vibration or excessive speed. The Tesla turbine can operate in an installation using a mixture of steam and combustion products. A Tesla turbine installation as shown here is: able to start with only steam and suitable for working with high temperature fluids. An efficient Tesla turbine requires a small gap between the disks. For example, a steam model must maintain an inter-disk gap of 0.4 mm. The discs should be as smooth as possible to minimize surface area and losses. The discs should also be as thin as possible, to avoid drag and turbulence at the edges. Unfortunately, preventing discs from twisting or veiling is a major difficulty. If a similar set of disks and a volute casing (and not circular as in a turbine) are used, the device can be used as a pump. In this configuration, a motor is coupled to the shaft 120. The fluid 20 enters near the center, through the exhaust 115, which then functions as an injector. The fluid receives energy from the rotating disks, and exits at the periphery by the injector 110 then operating as an exhaust. The Tesla turbine does not use friction in its conventional sense; precisely, it avoids it, and uses the adhesion (Coanda effect) and the viscosity to the plate. It uses the boundary layer effect on the disks. The Tesla concept bypasses the main disadvantages of the blade turbine. However, it suffers from other problems such as shear losses and flow limitation. Some of the advantages of the Tesla turbine are in relatively low flow applications, or where small powers are required. This problem can be solved by strengthening the discs with kevlar or other very strong fibers. The discs should be as thin as possible at the edges so as not to introduce turbulence when the fluid leaves the discs. This results in the need to increase the number of disks as the flow increases. The efficiency of this system is greatest when inter-disc spacing approaches the thickness of the boundary layer, and as the latter depends on viscosity and pressure, the claim that a single design can be used effectively for various fuels. and fluids is incorrect. A Tesla turbine differs from a conventional turbine only in the mechanism used to transfer energy to the shaft. Various analyzes show that the flow rate between the disks must be kept relatively low to maintain the yield. The efficiency of the Tesla turbine decreases as the load (i.e. torque on the shaft) increases. Under a low load, the spiral taken by the fluid moving from the intake to the exhaust is a tight spiral, making many rotations. In load, the number of rotations falls and the spiral is progressively shortened. This increases the shear losses and reduces the yield. The efficiency of a gas-powered Tesla turbine is estimated to be over 60%, with a maximum of 95% (according to Nikola Tesla's claims).

Les turbines à pales qui équipent actuellement les centrales thermiques ou les turboréacteurs ont un rendement compris entre 60 et 65 % (Données Siemens). Les turbines de Tesla sont très sensibles aux intrants solides et autres objets en suspension dans le fluide, qui peuvent les boucher, voire les bloquer en périphérie des disques.The blade turbines that currently equip thermal power plants or turbojet engines have a yield between 60 and 65% (Siemens data). Tesla turbines are very sensitive to solid inputs and other objects suspended in the fluid, which can clog or block them at the periphery of the discs.

OBJET DE L'INVENTION La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise une turbine à disques comportant : - un arbre droit en rotation muni d'un échappement axial, - des disques montés sur l'arbre, de manière perpendiculaire à l'axe de l'arbre - un injecteur de fluide sous pression tangentiellement et en périphérique des disques, au moins un disque présentant des aspérités de surface d'une profondeur d'au 30 moins un tiers de l'épaisseur de la couche limite du même fluide sur le même disque sans aspérité. Ainsi, la présente invention met en oeuvre des disques à l'état de surface grossier de très faible coût. De plus, les éventuels intrants solides et objets en suspension dans le fluide sont déchiquetés par les aspérités des disques.OBJECT OF THE INVENTION The present invention aims to remedy all or part of these disadvantages. For this purpose, according to a first aspect, the present invention is directed to a disk turbine comprising: a straight shaft in rotation provided with an axial exhaust; disks mounted on the shaft, perpendicular to the axis of the shaft; shaft - a pressure fluid injector tangentially and peripherally discs, at least one disc having surface asperities at least one third of the thickness of the boundary layer of the same fluid on the same disk without asperity. Thus, the present invention uses coarse surface discs of very low cost. In addition, any solid inputs and objects suspended in the fluid are shredded by the asperities of the disks.

Dans des modes de réalisation, au moins un des disques est un disque de meuleuse. Dans des modes de réalisation, au moins un des disques est un disque de disqueuse.In embodiments, at least one of the disks is a grinder disk. In embodiments, at least one of the disks is a disks disk.

Dans des modes de réalisation, au moins un des disques est un disque abrasif. Dans des modes de réalisation, au moins un des disques comporte un matériau thermodurcissable armée de fibres. Par exemple, le matériau thermodurcissable est de la bakélite (marque 10 déposée) et les fibres sont des fibres de verre ou des fibres métalliques. La présente invention s'applique ainsi aisément à des fluides dont la température est inférieure à 300 °C. Le coût de fourniture des disques est ainsi de l'ordre de l'euro à comparer avec des centaines d'euros pour des disques de turbines de Tesla de même 15 dimension. Dans des modes de réalisation, au moins un des disques présente des aspérités de surface d'une profondeur crête à crête supérieure à un dixième de millimètre. Dans des modes de réalisation, la distance entre deux disques consécutifs est 20 supérieure ou égale à 0,5 mm. Dans des modes de réalisation, la distance entre deux disques consécutifs est supérieure ou égale à un mm. Dans des modes de réalisation, au moins un des disques présente des aspérités de surface d'une profondeur crête à crête supérieure à un quart de la 25 distance entre deux disques consécutifs. Dans des modes de réalisation, au moins un des disques présente un coefficient de rugosité de surface de Hazen-Williams inférieur ou égal à 100. Dans des modes de réalisation, l'injecteur injecte un fluide dont la pression est inférieure à vingt bars. 30 Dans des modes de réalisation, l'injecteur injecte un fluide dont la pression est inférieure à dix bars. Ainsi, la présente invention est adaptée aux nouvelles technologies de récupération d'énergie solaire par échauffement de fluide.In embodiments, at least one of the disks is an abrasive disk. In embodiments, at least one of the disks comprises a fiber-reinforced thermosetting material. For example, the thermosetting material is Bakelite (registered trademark) and the fibers are glass fibers or metal fibers. The present invention thus easily applies to fluids whose temperature is below 300 ° C. The cost of providing the disks is thus of the order of the euro to be compared with hundreds of euros for Tesla turbine disks of the same size. In embodiments, at least one of the disks has surface asperities with a peak-to-peak depth greater than one-tenth of a millimeter. In embodiments, the distance between two consecutive disks is greater than or equal to 0.5 mm. In embodiments, the distance between two consecutive disks is greater than or equal to one mm. In embodiments, at least one of the disks has surface asperities of a peak-to-peak depth greater than one quarter of the distance between two consecutive disks. In embodiments, at least one of the disks has a Hazen-Williams surface roughness coefficient of less than or equal to 100. In embodiments, the injector injects a fluid having a pressure of less than 20 bar. In embodiments, the injector injects a fluid whose pressure is less than ten bars. Thus, the present invention is adapted to new technologies for recovering solar energy by heating fluid.

Selon un deuxième aspect, la présente invention vise une génératrice comportant un premier dispositif exploitant un fluide en en réduisant la température dont la sortie est connectée à l'injecteur de la turbine objet de la présente invention. Grâce à ces dispositions, la turbine objet de la présente invention se combine 5 favorable à une turbine pour fluide à haute température, voire à toute dispositif industriel qui a pour effet de fournir un fluide à température inférieure à 300 °C, par exemple, à une turbine cascadée, c'est-à-dire exploitant un fluide après un premier usage haute pression et/ou haute température, à une turbine hydraulique branchée en série sur un réseau de distribution à moyenne pression, par exemple. 10 Selon un troisième aspect, la présente invention vise une pompe à disques comportant : - un arbre droit en rotation muni d'un échappement latéral, - un moteur pour entraîner l'arbre en rotation, - un injecteur pour injecter un fluide dans l'échappement, 15 - des disques montés sur l'arbre, de manière perpendiculaire à l'axe de l'arbre et - une sortie de fluide tangentiellement et en périphérique des disques, au moins un disque présentant des aspérités de surface d'une profondeur d'au moins un tiers de l'épaisseur de la couche limite du même fluide sur le même disque 20 sans aspérité. La pompe objet de la présente invention s'applique, par exemple, aux pompages pour hydrocarbures visqueux, au pompage pour nettoyage de stations d'épuration ou de zones d'accumulation de matière organique (lagunes, barrages, lacs, ports....). 25 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l'invention ressortiront de la description non limitative qui suit d'au moins un mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, en regard des dessins 30 annexés, dans lesquels : la figure 1 représente, schématiquement et en coupe longitudinale, une turbine de Tesla connue dans l'art antérieur, la figure 2 représente, schématiquement et en coupe axiale, la turbine de Tesla illustrée en figure 1, la figure 3 représente, schématiquement et en coupe longitudinale, une turbine objet de la présente invention, la figure 4 représente, schématiquement et en coupe axiale, la turbine de Tesla illustrée en figure 3 et la figure 5 représente, schématiquement en en coupe longitudinale, une pompe objet de la présente invention. DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION La présente description est donnée à titre non limitatif. On note que les figures ne sont pas à l'échelle. Les figures 1 et 2 ont déjà été décrites. On observe, en figure 3, dans une turbine 200, des disques 205 coaxiaux entourent un échappement 115 et un arbre 120. Un injecteur 110 injecte un gaz ou un liquide selon la flèche 125. Ce fluide suit la périphérie d'un disque 105, selon la 15 flèche 130. Après un tour, le fluide a perdu de la vitesse et de la pression. Il est donc poussé vers le centre du disque lors de sa rencontre avec le fluide provenant de l'injecteur représenté par la flèche 125. Le fluide suit donc un chemin spiral représenté par les flèches 135 et 140 successives, jusqu'à atteindre l'échappement 115 avec une vitesse presque nulle et une pression réduite. 20 Comme montré sur la partie 245 du disque 205, au moins un disque présente des aspérités de surface d'une profondeur d'au moins un tiers de l'épaisseur de la couche limite du même fluide sur le même disque sans aspérité. Dans des modes de réalisation, au moins un des disques est un disque de meuleuse etiou de disqueuse. 25 Dans des modes de réalisation, au moins un des disques est un disque abrasif. Par exemple, au moins un des disques comporte un matériau thermodurcissable armée de fibres. Le matériau thermodurcissable peut être de la bakélite (marque déposée) et les fibres des fibres de verre ou des fibres métalliques. La présente invention s'applique ainsi aisément à des fluides dont la 30 température est inférieure à 300 °C. Le coût de fourniture des disques est ainsi de l'ordre de l'euro à comparer avec des centaines d'euros pour des disques de turbines de Tesla de même dimension.According to a second aspect, the present invention relates to a generator comprising a first device using a fluid by reducing the temperature whose output is connected to the injector of the turbine object of the present invention. Thanks to these arrangements, the turbine which is the subject of the present invention combines favorable with a high temperature fluid turbine, or even with any industrial device which has the effect of supplying a fluid at a temperature below 300.degree. C., for example at a cascaded turbine, that is to say operating a fluid after a first high pressure and / or high temperature use, to a hydraulic turbine connected in series on a medium pressure distribution network, for example. According to a third aspect, the present invention is directed to a disk pump comprising: - a rotatable straight shaft provided with a lateral exhaust, - a motor for driving the shaft in rotation, - an injector for injecting a fluid into the exhaust, 15 - disks mounted on the shaft, perpendicular to the axis of the shaft and - a fluid outlet tangentially and peripherally of the disks, at least one disk having surface asperities of a depth d at least one-third of the thickness of the boundary layer of the same fluid on the same non-asperity disk. The pump which is the subject of the present invention is applicable, for example, to pumping for viscous hydrocarbons, to pumping for the cleaning of purification plants or zones of accumulation of organic matter (lagoons, dams, lakes, ports, etc.). ). BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES Other particular advantages, objects and features of the invention will emerge from the following nonlimiting description of at least one particular embodiment of the device which is the subject of the present invention, with reference to the appended drawings. in which: FIG. 1 represents, schematically and in longitudinal section, a Tesla turbine known in the prior art, FIG. 2 represents, schematically and in axial section, the Tesla turbine illustrated in FIG. 1, FIG. schematically and in longitudinal section, a turbine object of the present invention, Figure 4 shows, schematically and in axial section, the Tesla turbine illustrated in Figure 3 and Figure 5 shows, schematically in longitudinal section, a pump object of the present invention. DESCRIPTION OF EXAMPLES OF EMBODIMENT OF THE INVENTION The present description is given in a non-limiting manner. It is noted that the figures are not to scale. Figures 1 and 2 have already been described. FIG. 3 shows, in a turbine 200, coaxial disks 205 surrounding an escapement 115 and a shaft 120. An injector 110 injects a gas or a liquid according to the arrow 125. This fluid follows the periphery of a disk 105, according to the arrow 130. After one turn, the fluid lost velocity and pressure. It is thus pushed towards the center of the disk when it meets the fluid coming from the injector represented by the arrow 125. The fluid therefore follows a spiral path represented by the arrows 135 and 140 in succession, until reaching the exhaust 115 with almost zero speed and reduced pressure. As shown on the portion 245 of the disk 205, at least one disk has surface asperities at least one third of the thickness of the boundary layer of the same fluid on the same uneven disk. In embodiments, at least one of the disks is a grinder and / or grinder disc. In embodiments, at least one of the disks is an abrasive disk. For example, at least one of the disks comprises a thermosetting material reinforced with fibers. The thermosetting material may be bakelite (registered trademark) and the fibers of glass fibers or metal fibers. The present invention is thus readily applicable to fluids having a temperature below 300 ° C. The cost of supplying disks is thus of the order of the euro to be compared with hundreds of euros for Tesla turbine disks of the same size.

On rappelle qu'une meuleuse est un machine entraînant en rotation un outil meule pour usiner par tronçonnage, ébavurage, meulage, surfaçage une pièce dans divers matériaux (métal, pierre, béton, etc.). Avec le développement de la technique, la meule est devenue un outil abrasif 5 mis en rotation pour polir, aiguiser, etc., le mécanisme d'entraînement prit le nom de « meuleuse ». À partir de la deuxième moitié du XXe siècle, l'outil meule a évolué pour devenir plus fin et plus résistant pour permettre son utilisation sur de nouvelles meuleuses devenues portatives et légères, permettant non seulement de meuler 10 mais de tronçonner, polir, lustrer, etc. Meuleuse électrique : meuleuse sur bâti : mue par un moteur électrique, elle apparaît dans les ateliers montée sur un bâti de fonte avec axe monté sur paliers supportant une ou deux meules selon les usages. Un support réglable permet de maintenir la pièce à meuler et un écran translucide protège l'opérateur des 15 poussières abrasives. Une deuxième génération plus petite est montée directement sur une table ou un établi. Une meuleuse portative est destinée en premier lieu aux chantiers, elle devient peu à peu tout public, plus légère et adopte des meules plus fines et plus résistances aux chocs (disque abrasif). Une disqueuse, ou meuleuse d'angle, est un outil électrique portatif sur lequel 20 est monté un disque abrasif. Cet outil est semblable à une meuleuse et à une scie circulaire dans son utilisation, mais sa prise en main lui confère des applications particulières. Il permet de meuler ou de tronçonner différents matériaux selon le disque utilisé. Le disque est entraîné en rotation par l'intermédiaire d'un renvoi d'angle (couple de pignons coniques), d'où la dénomination meuleuse d'angle. 25 Dimensions des disques Il existe trois principales dimensions utilisables avec la disqueuse correspondante : - diamètre de 115 mm. - diamètre de 125 mm. et 30 - diamètre de 230 mm. Les disques diamantés de diamètre supérieur (300, 350 et 400 mm) sont destinés à être utilisés dans le cadre des travaux publics, sur des tronçonneuses thermiques, où la disqueuse est alors entraînée par un moteur à combustion interne. Il existe aussi des scies de sol, utilisées pour faire des saignées dans la voirie afin d'y placer des câbles et des tuyaux, qui utilisent des disques de diamètres allant de 300 à 900 mm, ainsi que des scies de maçon, machines électriques fixes destinées à la découpe des matériaux de construction. Les disques diamant sont utilisés en maçonnerie, et en taille de pierre. Ils sont 5 fabriqués à partir de poussière de diamant synthétisée industriellement. Les poussières abrasives sont incorporées dans un acier tendre; elles permettent de tronçonner les matériaux les plus durs. Les disques diamant segmentés sont utilisés en maçonnerie pour les briques, pierres, parpaings, béton. En taille de pierre il est utilisé lors des épannelages. La segmentation permet une découpe plus rapide mais 10 moins nette. Le disque diamant continu est utilisé en maçonnerie pour les matériaux d'ornements, carrelage, dalle fine. En taille de pierre, il est utilisé pour surfacer les faces ou faire une arête nette. La découpe est plus lente mais nette. Les disques composites (aussi appelés « meules minces ») sont fabriqués par frittage de granulats abrasifs sur une toile en fibre de verre à l'aide d'une résine. Ces 15 disques sont utilisés pour les métaux mais aussi pour la pierre. Ils sont beaucoup moins chers que les disques diamants mais s'usent plus vite. Pour meuler, le disque est épais (entre 4 mm et 8 mm) afin de supporter les efforts axiaux. Pour tronçonner, le disque est plus fin (1 à 4 mm), c'est la tranche du disque qui est utilisée. Les disques en acier ou lames sont utilisés pour la découpe du bois, ils sont 20 du même type que pour les scies circulaires. Les dents de ces lames sont soit dans la masse du disque (économique), soit en plaquettes rapportées en matériau plus dur (Tungstène, carbure, aciers spéciaux). Il existe d'autres outils adaptables aux disqueuses : disques de ponçage et disques de lustrage. 25 Dans des modes de réalisation, au moins un des disques présente des aspérités de surface d'une profondeur crête à crête supérieure à un dixième de millimètre. Dans des modes de réalisation, la distance entre deux disques consécutifs est supérieure ou égale à 0,5 mm ou à un mm. Dans des modes de réalisation, au moins un des disques présente des 30 aspérités de surface d'une profondeur crête à crête supérieure à un quart de la distance entre deux disques consécutifs. Dans des modes de réalisation, au moins un des disques présente un coefficient de rugosité de surface de Hazen-Williams inférieur ou égal à 100.It is recalled that a grinder is a machine that rotates a grinding tool for machining by cutting, deburring, grinding, surfacing a part in various materials (metal, stone, concrete, etc.). With the development of the art, the grinding wheel became an abrasive tool rotated to polish, sharpen, etc., the drive mechanism became known as the "grinder". From the second half of the twentieth century, the grinding tool has evolved to become thinner and more resistant to allow its use on new grinders become portable and light, allowing not only to grind 10 but to cut, polish, polish, etc. Electric grinder: grinder on frame: moved by an electric motor, it appears in workshops mounted on a cast iron frame with axis mounted on bearings supporting one or two grinding wheels according to the uses. An adjustable support holds the workpiece and a translucent screen protects the operator from abrasive dust. A smaller second generation is mounted directly on a table or workbench. A portable grinder is primarily intended for construction sites, it gradually becomes public, lighter and adopts grinders thinner and more resistant to shocks (abrasive disc). A grinder, or angle grinder, is a portable power tool on which is mounted an abrasive disc. This tool is similar to a grinder and a circular saw in use, but its grip gives it special applications. It can grind or cut different materials depending on the disc used. The disc is rotated through a bevel gear (pair of bevel gears), hence the name angle grinder. Disc dimensions There are three main dimensions that can be used with the corresponding disc grinder: - 115 mm diameter. - diameter of 125 mm. and 30 - diameter of 230 mm. Diamond discs of greater diameter (300, 350 and 400 mm) are intended for use in public works, on thermal cutters, where the disc mill is then driven by an internal combustion engine. There are also floor saws, used to make cuts in the road to place cables and pipes, which use discs with diameters ranging from 300 to 900 mm, as well as masonry saws, fixed electrical machines intended for cutting construction materials. Diamond discs are used in masonry, and in stone cut. They are made from industrially synthesized diamond dust. Abrasive dust is incorporated into soft steel; they make it possible to cut through the hardest materials. Segmented diamond discs are used in masonry for bricks, stones, blocks, concrete. In stone size it is used during the epannelages. Segmentation allows faster but less distinct cutting. The continuous diamond disc is used in masonry for ornamental materials, tiling, thin slab. In stone size, it is used to plan faces or make a sharp edge. The cut is slower but sharp. Composite discs (also called "thin wheels") are made by sintering abrasive aggregates on a fiberglass web using a resin. These discs are used for metals but also for stone. They are much cheaper than diamond discs but wear out faster. To grind, the disc is thick (between 4 mm and 8 mm) to support the axial forces. To cut, the disc is thinner (1 to 4 mm), it is the edge of the disc is used. Steel discs or blades are used for cutting wood, they are of the same type as for circular saws. The teeth of these blades are either in the mass of the disc (economic) or in inserts reported in harder material (Tungsten, carbide, special steels). There are other tools that can be adapted to the grinding machines: sanding discs and buffing discs. In embodiments, at least one of the disks has surface asperities with a peak-to-peak depth greater than one-tenth of a millimeter. In embodiments, the distance between two consecutive disks is greater than or equal to 0.5 mm or one mm. In embodiments, at least one of the disks has surface roughnesses of peak-to-peak depth greater than one quarter of the distance between two consecutive disks. In embodiments, at least one of the disks has a Hazen-Williams surface roughness coefficient of less than or equal to 100.

On rappelle ici que la rugosité est une caractéristique de l'état de surface d'un matériau solide. C'est aussi un paramètre d'un écoulement se produisant sur ce matériau. Elle est susceptible de recevoir plusieurs acceptions techniques: En tribologie, c'est une profondeur caractéristique des stries sillonnant la 5 surface, notée R et exprimée en pm ; En hydraulique : - c'est une longueur caractéristique c (exprimée elle aussi en {gym) intervenant dans l'équation de Colebrook qui caractérise les pertes de charge linéaires dans un écoulement aussi bien en charge qu'à surface libre. 10 - c'est un nombre sans dimension intervenant dans l'Équation de Hazen- Williams qui caractérise les pertes de charge linéaires Cyril Frank Colebrook est un physicien britannique qui a apporté d'importantes contributions à la mécanique des fluides. Il est surtout connu pour l'abaque portant son nom, et qui donne la rugosité des conduites. Cette abaque se déduit d'une 15 formule empirique (dite « équation de Colebrook-White »), concurrente de celle que Ludwig Prandtl avait, en son temps, déjà étudiée : 51 2, -2log( + iycv), 3,7'D Avec - A le coefficient de perte de charge linéaire, 20 - Re le nombre de Reynolds, - D le diamètre de la conduite, - F la rugosité de la canalisation (quelques micromètres en général). L'équation de Hazen-Williams est une relation empirique utilisée en hydraulique pour calculer les pertes de charge dues à la rugosité des conduites. À la 25 différence de la formule de Poiseuille, limitée aux écoulements à très faible vitesse dans des conduites de petit diamètre, elle permet de décrire les écoulements turbulents de l'eau avec une relative précision. Elle est définie en unités SI par l'expression suivante : Q = 0, 849 C A R,63 J0,54 30 dans laquelle : - Q est le débit volumique dans la conduite, exprimé en m3/s 1 - C est le coefficient de rugosité de Hazen-Williams du matériau constituant la conduite, nombre sans dimension dont quelques valeurs sont données dans le tableau suivant : Coefficient de rugosité Valeur Acier 120 Béton, brique 100 Bois 120 Cuivre 150 Etain 130 Fonte 100 Matière plastique, PVC 150 Plomb 130 Verre 140 - A est l'aire de la section de conduite, exprimée en m2 15 - Rh est le rayon hydraulique de la conduite, exprimé en m Jharethavai - J est le gradient d'énergie hydraulique, défini par L avec h la charge exprimée en mètre colonne d'eau, et L la longueur de la conduite. J est donc un nombre sans dimension. Dans des modes de réalisation, l'injecteur injecte un fluide dont la pression est 20 inférieure à vingt bars, par exemple inférieure à dix bars. Ainsi, la présente invention est adaptée aux nouvelles technologies de récupération d'énergie solaire par échauffement de fluide. Grâce à la mise en oeuvre de la présente invention et, notamment de disques à l'état de surface grossier, on obtient des turbines ou des pompes de très faible 25 coût. De plus, les éventuels intrants solides et objets en suspension dans le fluide sont déchiquetés par les aspérités des disques. - Une des utilisations de la présente invention consiste à relier mécaniquement une génératrice électrique à l'arbre 120, pour générer de l'électricité avec l'énergie du fluide entrant. 30 La présente invention vise aussi une génératrice comportant un premier dispositif exploitant un fluide en en réduisant la température dont la sortie est connectée à l'injecteur de la turbine objet de la présente invention. La turbine objet de la présente invention se combine ainsi favorablement à une turbine pour fluide à haute température, voire à toute dispositif industriel qui a pour effet de fournir un fluide à température inférieure à 300 °C, par exemple, à une turbine cascadée, c'est-à-dire exploitant un fluide après un premier usage haute pression et/ou haute température, à une turbine hydraulique branchée en série sur un réseau de distribution à moyenne pression, par exemple. On observe, en figure 5, une pompe 300 à disques 305, la pompe 300 comportant : - un arbre 320 droit en rotation muni d'un échappement latéral 315, - un moteur (non représenté) pour entraîner l'arbre 320 en rotation, - un injecteur (non représenté) pour injecter un fluide dans l'échappement 315, - des disques 305 montés sur l'arbre 320, de manière perpendiculaire à l'axe de l'arbre et - une sortie 310 de fluide, tangentiellement et en périphérique des disques 305.It is recalled here that the roughness is a characteristic of the surface state of a solid material. It is also a parameter of a flow occurring on this material. It is capable of receiving several technical meanings: In tribology, it is a characteristic depth of the streaks crisscrossing the surface, denoted R and expressed in μm; In hydraulics: - it is a characteristic length c (also expressed in {gym) involved in the Colebrook equation which characterizes the linear pressure losses in a flow both in charge and free surface. 10 - it is a dimensionless number intervening in the Hazen Williams Equation which characterizes the linear pressure losses Cyril Frank Colebrook is a British physicist who made important contributions to the mechanics of the fluids. He is best known for the abacus bearing his name, which gives the roughness of the pipes. This abacus is deduced from an empirical formula (called the "Colebrook-White equation"), concurrent with the one Ludwig Prandtl had already studied in his time: 51 2, -2log (+ iycv), 3.7 ' With - the linear pressure drop coefficient, 20 - Re the Reynolds number, - D the diameter of the pipe, - F the roughness of the pipe (a few micrometers in general). The Hazen-Williams equation is an empirical relation used in hydraulics to calculate the pressure drops due to the roughness of the pipes. Unlike the Poiseuille formula, limited to very low velocity flows in small diameter pipes, it allows the turbulent flows of water to be described with relative precision. It is defined in SI units by the following expression: Q = 0, 849 CAR, 63 J0.54 30 in which: - Q is the volume flow rate in the pipe, expressed in m3 / s 1 - C is the roughness coefficient of Hazen-Williams material constituting the pipe, dimensionless number of which some values are given in the following table: Coefficient of roughness Value Steel 120 Concrete, brick 100 Wood 120 Copper 150 Tin 130 Cast iron 100 Plastic material, PVC 150 Lead 130 Glass 140 - A is the area of the duct section, expressed in m2 15 - Rh is the hydraulic radius of the duct, expressed in m Jharethavai - J is the hydraulic energy gradient, defined by L with h the load expressed in meters water column, and L the length of the pipe. J is therefore a dimensionless number. In embodiments, the injector injects a fluid whose pressure is less than twenty bars, for example less than ten bars. Thus, the present invention is adapted to new technologies for recovering solar energy by heating fluid. By virtue of the practice of the present invention and in particular coarse surface discs, turbines or pumps of very low cost are obtained. In addition, any solid inputs and objects suspended in the fluid are shredded by the asperities of the disks. One of the uses of the present invention is to mechanically connect an electric generator to the shaft 120, to generate electricity with the energy of the incoming fluid. The present invention also relates to a generator comprising a first device using a fluid by reducing the temperature whose output is connected to the injector of the turbine object of the present invention. The turbine that is the subject of the present invention thus combines favorably with a high-temperature fluid turbine, or even with any industrial device that has the effect of supplying a fluid at a temperature below 300 ° C., for example, to a cascaded turbine. that is to say, using a fluid after a first high-pressure and / or high-temperature use, to a hydraulic turbine connected in series on a medium-pressure distribution network, for example. FIG. 5 shows a pump 300 with disks 305, the pump 300 comprising: a straight shaft 320 provided with a lateral exhaust 315; a motor (not shown) for driving the shaft 320 in rotation, an injector (not shown) for injecting a fluid into the exhaust 315, disks 305 mounted on the shaft 320, perpendicular to the axis of the shaft, and an outlet 310 of fluid, tangentially and in disk device 305.

Comme illustré dans la partie 345 du disque 305, au moins un disque 305 présente des aspérités de surface d'une profondeur d'au moins un tiers de l'épaisseur de la couche limite du même fluide sur le même disque sans aspérité. Ces aspérités sont similaires à celles présentées en regard des figures 3 et 4. Les flèches 330, 335 et 340 et la flèche 325 montrent le chemin suivi par le fluide, qui 20 est essentiellement inverse du chemin de fluide présenté en regard des figures 3 et 4. La pompe objet de la présente invention s'applique, par exemple, aux pompages pour hydrocarbures visqueux, au pompage pour nettoyage de stations d'épuration ou de zones d'accumulation de matière organique (lagunes, barrages, 25 lacs, ports....). Comme on le comprend à la lecture de la description qui précède, la turbine et la pompe de certains modes de réalisation mettent en oeuvre un rotor efficace et très économique, qui intègre quatre particularités : 1/ Un maximum de composants sont des éléments standards dimensionnés et 30 assemblés en fonction de la puissance et des caractéristiques du fluide utilisé (nature, température, pression....). Ainsi, on utilise pour le carénage, des tubes découpés de type PVC, acier émaillé de chaudière. Pour les disques, une matière plastique renforcée à haute résistance mécanique et bonne résistance à l'eau et à la température, par exemple de la bakélite renforcée fibre de verre qui sont utilisés comme disques à tronçonner ; 2/ Des disques dont l'état de surface spécifique augmente l'adhérence entre le fluide et le rotor au niveau des « couches limites » ce qui permet d'améliorer l'efficacité de la turbine pour les basses vitesses de fluide : De petites aspérités au niveau de la surface (quelques dixièmes de mm) du disque augmentent notamment la surface de contact et donc le transfert d'énergie ; 3/ La disposition des disques et des espaces entre les disques, réglés par des entretoises, donne une géométrie particulière au rotor qui lui permet de s'adapter aux 10 différents fluides utilisés : L'écartement peut varier entre les bords des disques et leurs centres et/ou 4/ La possibilité de développer sur le même principe une pompe dont la principale caractéristique est de ne pas être sensible à l'engorgement qui pourrait être provoqué par la turbidité du fluide ou des débris de toute sorte, cela est 15 principalement dû à deux caractéristiques : Le rotor qui est formé de disques parallèles et la nature même des disques qui peuvent découper les débris en tournant à haute vitesse. On cite, parmi les exemples d'applications : - la turbine à vapeur moyenne température pour centrale solaire ou toute autre 20 source d'énergie. - la turbine cascadée, c'est-à-dire une turbine exploitant un fluide après un premier usage haute pression et/ou haute température. - la turbine hydraulique branchée en série sur un réseau de distribution moyenne pression. 25 - la pompe pour hydrocarbures visqueux. - la pompe pour nettoyage de stations d'épuration, zones d'accumulation de matière organique (lagunes, barrages, lacs, ports....), etc...As illustrated in part 345 of disk 305, at least one disk 305 has surface asperities at least one third of the thickness of the boundary layer of the same fluid on the same unevenness disk. These asperities are similar to those presented with reference to FIGS. 3 and 4. The arrows 330, 335 and 340 and the arrow 325 show the path followed by the fluid, which is essentially the opposite of the fluid path presented with reference to FIGS. 4. The pump object of the present invention is applicable, for example, pumping for viscous hydrocarbons, pumping for cleaning sewage treatment plants or areas of organic matter accumulation (lagoons, dams, lakes, ports. ...). As can be understood from reading the foregoing description, the turbine and the pump of certain embodiments use an efficient and very economical rotor, which incorporates four features: 1 / A maximum of components are dimensioned standard elements and 30 assembled according to the power and characteristics of the fluid used (nature, temperature, pressure ....). Thus, for the fairing, cut tubes of PVC type, steel enamelled boiler. For discs, a reinforced plastic material with high mechanical strength and good resistance to water and temperature, for example bakelite reinforced glass fiber which are used as cutting discs; 2 / Disks whose specific surface condition increases the adhesion between the fluid and the rotor at the level of the "boundary layers" which makes it possible to improve the efficiency of the turbine for the low speeds of fluid: Small asperities at the level of the surface (a few tenths of a millimeter) of the disk increase notably the contact surface and therefore the energy transfer; 3 / The arrangement of the discs and the spaces between the discs, adjusted by spacers, gives a particular geometry to the rotor which allows it to adapt to the 10 different fluids used: The spacing may vary between the edges of the discs and their centers and / or 4 / The possibility of developing on the same principle a pump whose main characteristic is not to be sensitive to the clogging that could be caused by the turbidity of the fluid or debris of any kind, this is mainly due to with two characteristics: The rotor which is formed of parallel discs and the very nature of the discs which can cut the debris by rotating at high speed. Examples of applications include: the medium temperature steam turbine for a solar power station or any other energy source. - The cascaded turbine, that is to say a turbine operating a fluid after a first use high pressure and / or high temperature. - the hydraulic turbine connected in series on a medium pressure distribution network. The pump for viscous hydrocarbons. - the pump for cleaning purification plants, organic matter accumulation zones (lagoons, dams, lakes, ports, etc.), etc.

Claims

REVENDICATIONS1. Impeller turbine (200) comprising: - a shaft (120) rotatably provided with an axial exhaust, - discs (205) mounted on the shaft, perpendicular to the axis of the shaft - an injector (110) of fluid under pressure tangentially and peripherally of the discs, characterized in that at least one disc has surface roughness of a depth of at least one third of the thickness of the boundary layer of same fluid on the same disk without asperity.

The turbine (200) of claim 1, wherein at least one of the disks (205) is a grinder disk. 15

3. Turbine (200) according to one of claims 1 and 2, wherein at least one of the disks (205) is a disk grinder.

The turbine (200) according to one of claims 1 to 3, wherein at least one of the discs (205) is an abrasive disc.

5. Turbine (200) according to one of claims 1 to 4, wherein at least one of the discs (205) comprises a thermosetting material reinforced with fibers. 25

6. Turbine (200) according to one of claims 1 to 5, wherein at least one of the disks (205) has surface asperities with a peak to peak depth greater than one tenth of a millimeter.

The turbine (200) according to one of claims 1 to 6, wherein the distance between two consecutive disks (205) is greater than or equal to 0.5 mm.

8. Turbine (200) according to one of claims 1 to 7, wherein the distance between two consecutive discs (205) is greater than or equal to one mm.

9. A turbine (200) according to one of claims 1 to 8, wherein at least one of the disks (205) has surface asperities of a peak to peak depth greater than one quarter of the distance between two consecutive disks.

10. Turbine (200) according to one of claims 1 to 9, wherein at least one of the disks (205) has a Hazen-Williams surface roughness coefficient less than or equal to 100.

11. Turbine (200) according to one of claims 1 to 10, wherein the injector (110) injects a fluid whose pressure is less than twenty bars.

12. Turbine (200) according to one of claims 1 to 11, wherein the injector (110) injects a fluid whose pressure is less than ten bars.

13. Generator comprising a first device using a fluid by reducing the temperature whose output is connected to the injector (110) of a turbine (200) according to one of claims 1 to 12.

Disc pump (300) comprising: - a straight shaft (320) rotated with a lateral exhaust, - a motor for driving the shaft in rotation, - an injector (315) for injecting a fluid into the exhaust, - disks (305) mounted on the shaft, perpendicular to the axis of the shaft and - an output (310) of fluid tangentially and peripherally disks, characterized in that at least one disk has surface asperities at least one-third of the thickness of the boundary layer of the same fluid on the same uneven surface.