FR3051435A1

FR3051435A1 - SYNCHRONIZED DRIVE OF A TORQUE OF SEMI-RIGID PROPELLERS APPLIED TO RIVER NAVIGATION OR FLUID TRAFFIC

Info

Publication number: FR3051435A1
Application number: FR1600787A
Authority: FR
Inventors: Claude Bastian
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2016-05-17
Publication date: 2017-11-24
Anticipated expiration: 2036-05-17
Also published as: FR3051435B1

Abstract

La combinaison de deux propulseurs semi-rigides (2a, 2b) immergés côte à côte dans un fluide (3), avec un mécanisme d'entraînement (1) qui les fait osciller symétriquement par rapport à leur plan médian vertical (4) produit une poussée purement axiale (5) dans ce plan. Ce système s'applique aussi bien comme propulseur pour la navigation fluviale que comme pompe élévatrice hydraulique ou comme mélangeur dans l'industrie agroalimentaire ou la cuisine collective.The combination of two semi-rigid thrusters (2a, 2b) immersed side by side in a fluid (3), with a drive mechanism (1) which oscillates them symmetrically with respect to their vertical median plane (4) produces a purely axial thrust (5) in this plane. This system can be used as a propeller for river navigation or as a hydraulic lifting pump or as a mixer in the food industry or collective kitchen.

Description

DESCRIPTIONDESCRIPTION

Le Propulseur Semi-Rigide (PSR dans la suite, breveté sous INPI 1203167) est formé d’un corps profilé rigide contenant une pale souple qui en dépasse vers l’arrière comme la nageoire caudale d’un poisson. Ce propulseur immergé dans un fluide et oscillant autour d’un axe vertical produit une poussée horizontale dirigée vers l’axe de celles-ci. Grâce à sa forme partout convexe et sans aspérités, le PSR traverse sans dommage la végétation subaquatique, ce qui en fait une alternative non-intrusive au propulseur à hélice pour la navigation en voie d’eau naturelle. Cependant, la réaction latérale du fluide au mouvement oscillant de la pale souple se traduit par un couple alternatif qui -par exemple- causerait l’instabüité en lacet d’une embarcation équipée d’un PSR à l’arrière.The semi-rigid thruster (PSR in the suite, patented under INPI 1203167) is formed of a rigid profiled body containing a flexible blade which protrudes rearward like the caudal fin of a fish. This thruster immersed in a fluid and oscillating about a vertical axis produces a horizontal thrust directed towards the axis thereof. Thanks to its convex and rough shape, the PSR passes through underwater vegetation without damage, making it a non-intrusive alternative to the propeller propeller for navigation in natural waterways. However, the lateral reaction of the fluid to the oscillating movement of the flexible blade results in an alternating torque which, for example, would cause the instability in yaw of a boat equipped with a PSR at the rear.

Pour pallier cet effet secondaire gênant, la présente invention (Fig.l) consiste à entraîner deux PSR(2a,2b) immergés côte à côte par un mécanisme(l) qui les fait osciller symétriquement par rapport à leur plan médian vertical(4).ce qui produit une poussée purement axiale (5) dans ce plan et l’annulation des réactions latérales. Deux mécanismes d’entraînement synchrone sont proposés dans la suite.To overcome this annoying side effect, the present invention (FIG. 1) consists of driving two PSRs (2a, 2b) immersed side by side by a mechanism (1) which makes them oscillate symmetrically with respect to their vertical median plane (4). which produces a purely axial thrust (5) in this plane and the cancellation of lateral reactions. Two synchronous drive mechanisms are proposed in the following.

Le premier, dit à barres coulissantes (Fig.2) consiste à associer deux mécanismes d’entraînement de propulseur à pale souple tels que déposés sous INPI 1102280. Les axes verticaux (3a, 3b) des deux PSR(4a,4b) sont positionnés sur la même platine horizontale(1) que l’axe moteur(2) d’un vilebrequin central(7) dont le maneton porte deux bielles(6a,6b) coulissant sur des barres horizontales(5a,5b) elles même solidaires des axes verticaux (3a, 3b). La rotation continue du vilebrequin(7) sur son axe moteur(2) fait osciller les barres horizontales(5a,5b) en opposition de phase, compensant ainsi les réactions latérales du fluide sur. les PSR (4a, 4b).The first, called sliding bar (Fig.2) consists of combining two flexible blade propulsion drive mechanisms as deposited under INPI 1102280. The vertical axes (3a, 3b) of the two PSR (4a, 4b) are positioned on the same horizontal plate (1) that the motor shaft (2) of a central crankshaft (7) whose crank carries two connecting rods (6a, 6b) sliding on horizontal bars (5a, 5b) they themselves integral axes vertical (3a, 3b). The continuous rotation of the crankshaft (7) on its motor axis (2) causes the horizontal bars (5a, 5b) to oscillate in phase opposition, thus compensating for lateral reactions of the fluid on. PSR (4a, 4b).

Le second, dit à barres évidées (Fig.3), combine deux mécanismes tels que brevetés par Guido Antoni (GB patent 771975A dul0/04/1957). Deux barres horizontales (5a, 5b) solidaires des axes(3a,3b) des PSR(4a,4b) oscillent sous l’action du maneton(6) d’un vilebrequin(7) qui glisse à l’intérieur de leurs évidements axiaux. Comme dans le cas précédent, la rotation de l’axe du vilebrequin(2) fait osciller les axes(3a,3b) des PSR(4a,4b) en opposition de phase.The second, called recessed bar (Fig.3), combines two mechanisms as patented by Guido Antoni (GB patent 771975A dul0 / 04/1957). Two horizontal bars (5a, 5b) integral with the axes (3a, 3b) of the PSRs (4a, 4b) oscillate under the action of the crankpin (6) of a crankshaft (7) which slides inside their axial recesses . As in the previous case, the rotation of the axis of the crankshaft (2) oscillates the axes (3a, 3b) PSR (4a, 4b) in phase opposition.

Application à la navigation fluvialeApplication to river navigation

Un modèle à barres coulissantes actionnant deux PSR avec un petit moteur électrique a été testé avec succès en eau calme à l’arrière d’une annexe.A sliding bar model operating two PSRs with a small electric motor has been successfully tested in calm water at the rear of a tender.

Fig.4 présente un projet de gabarre propulsée par deux PSR couplés pour la navigation en zone humide protégée. On y voit le mécanisme(3) actionnant les PSR(4a,4b) et surmonté par le moteur(l) et son réducteur(2). L’ensemble pivote sur un axe vertieal(5) à la pointe arrière de la coque, faisant ainsi office de propulseur et de gouvernail. Le moteur électrique est alimenté par des batteries(6a,6b) chargées en alternance par un panneau photovoltaïque (7) sur le toit.Fig.4 presents a gabarre project propelled by two coupled PSRs for navigation in protected wetland. It shows the mechanism (3) operating the PSR (4a, 4b) and surmounted by the motor (l) and its reducer (2). The assembly pivots on a vertieal axis (5) at the rear tip of the hull, thus acting as propeller and rudder. The electric motor is powered by batteries (6a, 6b) alternately charged by a photovoltaic panel (7) on the roof.

Application comme pompe hydrauliqueApplication as a hydraulic pump

Tout système propulsif peut aussi bien être utilisé comme pompe de circulation. La vis d’Archimède, ancêtre millénaire du propulseur à hélice sert encore de nos jours de pompe élévatrice pour l’irrigation, voire le drainage des terres fertiles. Les systèmes à PSR couplés peuvent avoir des applications similaires dans les installations fixes à fort débit, par exemple dans les jardins d’agrément, la pisciculture en eau vive ou les stations d’épurationAny propulsion system can also be used as a circulation pump. Archimedes' screw, the thousand-year-old ancestor of the propeller-propeller, is still used today as a lifting pump for irrigation and even drainage of fertile soil. Coupled PSR systems may have similar applications in high volume fixed installations, for example in pleasure gardens, whitewater fish farms or sewage treatment plants.

Fig. 5 montre un mécanisme (1) entraînant deux PSR (2a, 2b) immergés dans un bief(3), qui propulsent l’eau dans une conduite ascendante (4) jusqu’à un trop-plein^) où elle se déverse dans un bief de niveau supérieur. La limite théorique d’élévation h s’exprime en fonction de la longueur L des pales et de la fréquence f de leurs oscillations, à savoir h = 2.L2.f2/g où g est l’accélération de la pesanteur, soit 9,81 m/s/s. Avec L=0.5m et f=3Hz, la différence de niveau entre le bief inférieur (3) et le trop-plein(5) pourrait atteindre 45cm.Fig. 5 shows a mechanism (1) driving two PSR (2a, 2b) immersed in a reach (3), which propel the water in an upward pipe (4) to an overflow ^) where it flows into a upper level bief. The theoretical limit of elevation h is expressed as a function of the length L of the blades and the frequency f of their oscillations, namely h = 2.L2.f2 / g where g is the acceleration of gravity, ie 9 , 81 m / s / s. With L = 0.5m and f = 3Hz, the difference in level between the lower reaches (3) and the overflow (5) could reach 45cm.

Fig.5 montre aussi comment cette hauteur d’élévation peut être multipliée ad libitum en combinant plusieurs systèmes, chacun déversant l’eau dans le bief du suivant. Cette disposition à ciel ouvert en biefs ou bassins successifs rappelle celle du moulin à eau traditionnel. Elle s’intégrerait plus harmonieusement dans l’architecture d’un jardin d’agrément ou d’une installation de pisciculture en eau vive qu’une pompe élévatrice hélicoïdale. Elle aurait de plus sur celle-ci l’avantage d’être plus simple à entretenir et nettoyer, puisque ses seuls composants immergés (les PSR) sont de forme convexe et sans aspérités. Cet avantage serait décisif pour une pompe élévatrice placée entre les bassins de décantation d’une station d’épuration.Fig.5 also shows how this height of elevation can be multiplied ad libitum by combining several systems, each of which discharges the water in the reach of the next. This open-air arrangement in successive bays or basins is reminiscent of the traditional water mill. It would integrate more harmoniously into the architecture of a pleasure garden or a white-water aquaculture facility than a helical lift pump. It would moreover on this one the advantage of being easier to maintain and to clean, since its only submerged components (the PSR) are of convex form and without asperities. This advantage would be decisive for a lift pump placed between the settling ponds of a treatment plant.

Application au mélange des fluides et des solides pulvérulentsApplication to the mixture of fluids and powdery solids

Les mélangeurs les plus courants de l’industrie agro-alimentaire utilisent un ou plusieurs agitateurs rotatifs pour homogénéiser le mélange d’un fluide de base (eau, lait, huile) avec divers ingrédients liquides ou pulvérulents dans des proportions préalablement fixées. Les champs de vitesse et de pression à fort gradient imposés aux fluides par des agitateurs mal maîtrisés peuvent être préjudiciables à leur composition d’origine ou créer des émulsions inopportunes.The most common mixers in the food industry use one or more rotary agitators to homogenize the mixture of a base fluid (water, milk, oil) with various liquid or powdery ingredients in previously fixed proportions. The high gradient velocity and pressure fields imposed on fluids by poorly controlled agitators can be detrimental to their original composition or create inappropriate emulsions.

Par contre, en cuisine traditionnelle, l’incorporation d’ingrédients dans une soupe ou une sauce se fait progressivement en faisant circuler le fluide lentement avec une spatule ou une cuiller. En déposant les ingrédients à la surface du fluide en mouvement on favorise ainsi leur répartition spatiale au départ et leur dissémination par la suite dans la masse du fluide.By cons, in traditional cuisine, the incorporation of ingredients in a soup or sauce is done gradually by circulating the fluid slowly with a spatula or a spoon. By depositing the ingredients on the surface of the fluid in motion, their spatial distribution at the beginning and their subsequent dissemination in the mass of the fluid are thus favored.

Cette méthode progressive d’homogénéisation de masse est réalisable (Fig.6) avec deux PSR couplés. Le fluide de base(l) est contenu dans une cuve cylindrique(2) et mis en circulation par des PSR (3a, 3b) de forme convexe sans aspérités, ce qui simplifie leur nettoyage et aseptisation après usage. Les ingrédients(4) sont déposés entre les PSR à la surface du fluide en mouvement.This progressive method of mass homogenization is feasible (FIG. 6) with two coupled PSRs. The base fluid (1) is contained in a cylindrical vessel (2) and circulated by convex-shaped PSR (3a, 3b) without asperities, which simplifies their cleaning and sanitizing after use. The ingredients (4) are deposited between the PSRs on the surface of the moving fluid.

Fig. 7 propose une réalisation de ce principe. Un mécanisme à barres évidées entièrement contenu dans le couvercle de la cuve produit les oscillations des PSR(6a,6b) et par là même la circulation du fluide dans la cuve, en ce que la rotation du plateau réducteur (2) entraîné par le moteur (1) et portant un maneton excentré(4) glissant dans l’évidement axial des barres (3a, 3b) produit les oscillations de ces barres, elles-mêmes solidaires des axes(5a,5b) des PSR. Les ingrédients(7) sont dispersés sur le fluide en mouvement par une buse latérale (8).Fig. 7 proposes an embodiment of this principle. A recessed bar mechanism fully contained in the vessel lid produces the oscillations of the PSRs (6a, 6b) and thereby the circulation of the fluid in the vessel, in that the rotation of the reduction plate (2) driven by the engine (1) and carrying an eccentric crankpin (4) sliding in the axial recess of the bars (3a, 3b) produces the oscillations of these bars, themselves secured to the axes (5a, 5b) of the PSR. The ingredients (7) are dispersed on the moving fluid by a side nozzle (8).

Claims

1. Device for driving (l) simultaneously two semi-rigid thrusters (2a, 2b) immersed in a fluid (3) on either side of a median vertical plane (4) and oscillating around two parallel planes to it, characterized in that their oscillations are synchronous and symmetrical with respect to the median plane, thus canceling the sum of the lateral reactions of the fluid to the azimuthal movement of their blades while adding their thrusts (5).

2. Application of the device according to claim 1 to the fluvial navigation, in particular as a rear thruster in a protected wet area.

3. Application of the device according to claim 1 as an elevating hydraulic lift pump.

4. Application of the device according to claim 1 as a homogenizer for mixtures of fluids and powdery solids, in particular for the food industry and the collective kitchen.