FR3051855A1

FR3051855A1 - DEVICE FOR OPERATING AN ENGINE

Info

Publication number: FR3051855A1
Application number: FR1654603A
Authority: FR
Inventors: Mohamed Benkendil
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2017-12-01
Anticipated expiration: 2036-05-24
Also published as: EP3249155A1; FR3051855B1

Abstract

L'invention concerne un dispositif pour faire fonctionner un moteur (100) constitué d'un cylindre (110) à l'intérieur duquel se déplace un piston (120) séparant le cylindre en deux chambres (111, 112) dont le volume varie en fonction du déplacement du piston dans le cylindre, le piston étant muni d'une tige (130) saillant du cylindre à l'extrémité de l'une des deux chambres, chaque chambre étant munie d'au moins une soupape d'admission et d'au moins une soupape d'échappement, les soupapes d'admission et d'échappement d'une même chambre pouvant être confondues (113, 114), un distributeur étant prévu pour raccorder alternativement les chambres (111, 112) à une source de vide via leurs soupapes d'échappement et à la pression atmosphérique via leurs soupapes d'admission. Conformément à l'invention, la source de vide est constituée par un tube de Venturi (200).The invention relates to a device for operating a motor (100) consisting of a cylinder (110) inside which a piston (120) separating the cylinder moves in two chambers (111, 112) whose volume varies in size. function of the movement of the piston in the cylinder, the piston being provided with a rod (130) protruding from the cylinder at the end of one of the two chambers, each chamber being provided with at least one intake valve and at least one exhaust valve, the intake and exhaust valves of the same chamber being merging (113, 114), a distributor being provided for alternately connecting the chambers (111, 112) to a source of empty via their exhaust valves and at atmospheric pressure via their intake valves. According to the invention, the vacuum source is constituted by a Venturi tube (200).

Description

Description L’invention concerne un dispositif pour faire fonctionner un moteur constitué d’un cylindre à double effet à l’intérieur duquel se déplace un piston séparant le cylindre en deux chambres dont le volume varie en fonction du déplacement du piston dans le cylindre, le piston étant muni d’une tige saillant du cylindre à l’extrémité de l’une des deux chambres. Chaque chambre est munie d’au moins une soupape d’admission et d’au moins une soupape d’échappement, étant précisé que les soupapes d’admission et d’échappement d’une même chambre peuvent être confondues. Un dispositif de distribution, comme un tiroir de distribution par exemple, est prévu pour raccorder alternativement les chambres du cylindre à une source de vide via leurs soupapes d’échappement et à la pression atmosphérique via leurs soupapes d’admission. L’invention vise à faire fonctionner un moteur selon le préambule sans dégager de polluants tels que des déchets gazeux (gaz à effet de serre) ou des déchets radioactifs (déchets des usines nucléaires par exemple).The invention relates to a device for operating a motor consisting of a double-acting cylinder inside which moves a piston separating the cylinder into two chambers whose volume varies as a function of the displacement of the piston in the cylinder, the piston being provided with a rod protruding from the cylinder at the end of one of the two chambers. Each chamber is provided with at least one intake valve and at least one exhaust valve, it being specified that the intake and exhaust valves of the same chamber can be combined. A dispensing device, such as a spool valve for example, is provided for alternately connecting the cylinder chambers to a vacuum source via their exhaust valves and at atmospheric pressure via their intake valves. The invention aims to operate an engine according to the preamble without releasing pollutants such as gaseous waste (greenhouse gas) or radioactive waste (nuclear plant waste for example).

La recherche de nouvelles énergies renouvelables s’est accélérée ces dernières décennies pour répondre aux crises énergétiques et environnementales et pour diminuer la pollution atmosphérique. Nous savons aujourd’hui qu’il faut trouver des alternatives au nucléaire et aux énergies fossiles. Tchernobyl et Fukushima étant là pour nous rappeler les désastres nucléaires sans parler des déchets radioactifs qui continuent à polluer et restent un risque pour les générations futures. Par ailleurs, le changement climatique que nous observons est dû en grande partie au rejet de gaz à effet de serre. Selon les spécialistes, les barrages hydrauliques, les éoliennes et l’énergie solaire ont aussi des effets négatifs sur l’environnement. Il est donc important de les améliorer sans cesse, car malgré tout, l’énergie qu’elles produisent est propre et sans rejets. L’expérience d’Otto Von Guericke en 1654, connu par les hémisphères de Magdebourg, a mis en évidence la force de la pression atmosphérique en présence du vide. 12 chevaux puis 24 n’ont pas pu séparer les deux demi-sphères, le calcul donne une force équivalente à un poids d’une masse de 2 tonnes. L’inventeur français Denis Papin (1647-1712) qui connaissait cette expérience a voulu utiliser cette force. Il a créé la machine à vapeur, la vapeur n'étant utilisée que pour faire monter le piston à une certaine hauteur à laquelle il est retenu par un dispositif, puis le feu est retiré, la vapeur se condense et se transforme en eau créant ainsi un vide partiel dans le cylindre. Quand le piston est libéré, il descend avec force sous l’effet de la pression atmosphérique. Le rendement de cette machine était très faible, car la vapeur mettait beaucoup de temps à se condenser et à créer le vide. L’inventeur anglais Thomas Savery (1650-1715) a trouvé un moyen d’accélérer la condensation de l’eau en injectant de l’eau fraîche dans la vapeur, ce qui permettait de créer le vide partiel plus rapidement. Sa machine dite « l’amie du mineur » n’utilisait pas de piston. L’inventeur anglais Thomas Newcomen (1664-1729) reprend la machine à vapeur de Papin avec l’aide de Savery pour l’améliorer en introduisant le système de pulvérisation d’eau fraîche dans la vapeur pour une rapide création du vide partiel dans le cylindre. Il ajoute aussi un balancier relié au piston par une chaîne, ce système permet d’exploiter la poussée atmosphérique qui fournit la force au piston pendant sa descente, la première machine atmosphérique était née.The search for new renewable energies has accelerated in recent decades to respond to energy and environmental crises and to reduce air pollution. We know today that alternatives to nuclear energy and fossil fuels must be found. Chernobyl and Fukushima are here to remind us of nuclear disasters, not to mention the radioactive waste that continues to pollute and remains a risk for future generations. On the other hand, the climate change we are observing is largely due to the release of greenhouse gases. According to specialists, dams, wind turbines and solar energy also have negative effects on the environment. It is therefore important to constantly improve them, because despite everything, the energy they produce is clean and without rejections. The experience of Otto Von Guericke in 1654, known by the hemispheres of Magdeburg, has shown the strength of atmospheric pressure in the presence of vacuum. 12 horses then 24 could not separate the two half-spheres, the calculation gives a force equivalent to a weight of a mass of 2 tons. The French inventor Denis Papin (1647-1712) who knew this experience wanted to use this force. He created the steam engine, the steam being used only to raise the piston to a certain height at which it is held by a device, then the fire is removed, the vapor condenses and turns into water creating a partial vacuum in the cylinder. When the piston is released, it descends forcefully under the effect of atmospheric pressure. The efficiency of this machine was very low, because the steam took a long time to condense and create a vacuum. The English inventor Thomas Savery (1650-1715) found a way to accelerate the condensation of water by injecting fresh water into the steam, which created the partial vacuum more quickly. His machine called "the friend of the minor" did not use a piston. The English inventor Thomas Newcomen (1664-1729) takes over the Papin steam engine with the help of Savery to improve it by introducing the system of fresh water spray in the steam for a quick creation of partial vacuum in the cylinder. It also adds a pendulum connected to the piston by a chain, this system allows to exploit the atmospheric thrust that provides the force to the piston during its descent, the first atmospheric machine was born.

Il est important de noter que ces machines ont besoin d’opérateurs pour ouvrir ou fermer des valves pour que le cycle continue. L’inventeur écossais James Watt (1736-1819) invente la machine à vapeur comme elle est connue aujourd’hui, cette fois-ci, la vapeur n’est pas utilisée pour créer un vide partiel comme le cas pour le moteur atmosphérique, mais elle devient la force motrice, il invente aussi le distributeur à tiroir pour la distribution de la vapeur, il introduit la chambre de condensation séparée, le régulateur à boules. La machine à vapeur de Watt va être à l’origine de la révolution industrielle. La machine à vapeur n’est pas une machine atmosphérique certes, mais elle dispose de tous les éléments pour l’être.It is important to note that these machines need operators to open or close valves for the cycle to continue. The Scottish inventor James Watt (1736-1819) invents the steam engine as it is known today, this time the steam is not used to create a partial vacuum as the case for the atmospheric engine, but it becomes the driving force, it also invents the spool valve for the distribution of steam, it introduces the separate condensation chamber, the ball regulator. The Watt steam engine will be at the origin of the industrial revolution. The steam engine is not an atmospheric machine, but it has all the elements to be.

Il existe une machine atmosphérique appelée « avaleur de flamme ». Il s’agit d’un moteur à combustion externe qui est constitué d’un cylindre avec un piston relié à un système bielle-manivelle. L’autre bout du cylindre est percé d’un trou équipé d’une soupape et placé à proximité d’une flamme. Au début du cycle, la flamme fait chauffer l’air du cylindre dont la pression augmente et repousse le piston ce qui favorise l’admission de l’air chaud dans le cylindre pendant son déplacement. Quand le piston arrive en bout de course, la soupape ferme le trou d’admission, l’air à l’intérieur du cylindre se refroidit rapidement et crée un vide partiel. La pression atmosphérique s’exerçant sur l’autre face du cylindre est alors plus grande et ramène le piston dans sa position initiale. La soupape s’ouvre à nouveau et le cycle peut recommencer.There is an atmospheric machine called a "flame eater". It is an external combustion engine which consists of a cylinder with a piston connected to a connecting rod-crank system. The other end of the cylinder is pierced with a hole equipped with a valve and placed near a flame. At the beginning of the cycle, the flame warms the air of the cylinder whose pressure increases and pushes the piston which promotes the admission of hot air into the cylinder during its movement. When the piston reaches the end of the stroke, the valve closes the intake hole, the air inside the cylinder cools rapidly and creates a partial vacuum. The atmospheric pressure exerted on the other face of the cylinder is then greater and returns the piston to its initial position. The valve opens again and the cycle can start again.

On peut donc créer du vide avec de la chaleur, mais fournir une énergie calorifique demande du combustible ce qui contribue à la pollution de l’air et au réchauffement climatique.We can create a vacuum with heat, but provide heat energy requires fuel which contributes to air pollution and global warming.

La pression atmosphérique exerce en permanence une force sur les surfaces qui sont en contact avec elle. La force exercée par la pression atmosphérique n’est mise en évidence qu’en présence du vide comme l’a démontré l’expérience de Magdebourg, et cette force peut être très grande. La pression atmosphérique a pour avantage de s’exercer dans toutes les directionsr L’objectif de l’invention est de faire fonctionner un moteur à air selon le préambule en utilisant une source d’énergie renouvelable et propre qui ne nuise pas à l’environnement. Un second objectif est d’améliorer le rendement des barrages. Un autre objectif est d’améliorer la qualité de l’eau des rivières ou celle sortant des barrages. Un quatrième objectif de l’invention est de contribuer à la dépollution de l’air.The atmospheric pressure constantly exerts a force on the surfaces that are in contact with it. The force exerted by the atmospheric pressure is only evidenced in the presence of the vacuum as demonstrated by the Magdeburg experiment, and this force can be very great. The object of the invention is to operate an air motor according to the preamble using a renewable and clean energy source that does not harm the environment. . A second objective is to improve the performance of dams. Another objective is to improve the quality of river water or that coming out of dams. A fourth objective of the invention is to contribute to the depollution of the air.

Ces objectifs sont atteints du fait que la source de vide utilisée pour faire fonctionner le moteur à air est constituée par un tube de Venturi placé dans un courant d’eau. La prise de vide du tube de Venturi est raccordée au distributeur du moteur. L’air aspiré pour faire fonctionner le piston est rejeté dans le courant d’eau contribuant à l’oxygéner, ce qui a un effet bénéfique sur la faune et la flore aquatique.These objectives are achieved because the vacuum source used to operate the air motor is a Venturi tube placed in a stream of water. Venturi tube vacuum connection is connected to the motor distributor. The air sucked in to operate the piston is rejected into the stream of water that helps to oxygenate it, which has a beneficial effect on the aquatic fauna and flora.

Dans un premier mode de réalisation de l’invention, le tube de Venturi est placé dans une conduite réalisée dans un barrage hydraulique. Dans une première variante de réalisation, la prise de vide du tube de Venturi est placée dans une restriction réalisée à cet effet dans la conduite. La conduite peut n’avoir aucune autre fonction, ou la restriction est placée dans une conduite existante, à distance d’une turbine de sorte à n’avoir aucun effet sur le fonctionnement de celle-ci.In a first embodiment of the invention, the Venturi tube is placed in a pipe made in a hydraulic dam. In a first variant embodiment, the vacuum tap of the Venturi tube is placed in a restriction made for this purpose in the pipe. The pipe may have no other function, or the restriction is placed in an existing pipe, away from a turbine so as to have no effect on the operation thereof.

Dans une deuxième variante, la prise de vide du tube de Venturi est placée dans une restriction déjà existante dans la conduite, au niveau d’une turbine. Dans un premier exemple, la prise de vide est placée dans une restriction située en aval d’une turbine du barrage hydraulique, au début de la conduite d’aspiration. Cette solution est particulièrement bien adaptée aux turbines Francis.In a second variant, the vacuum outlet of the Venturi tube is placed in an already existing restriction in the pipe, at a turbine. In a first example, the vacuum tap is placed in a restriction located downstream of a turbine of the hydraulic dam, at the beginning of the suction pipe. This solution is particularly well suited to Francis turbines.

Dans un deuxième exemple, la prise de vide du tube de Venturi est placée à la fin de la conduite d’alimentation en eau, ou à proximité de celle-ci, de préférence dans la zone de basse pression au voisinage des pales de la turbine. Notamment, la prise de vide pourra être placée en amont des pales d’une turbine du barrage hydraulique et/ou directement en aval de celles-ci. Cette solution est destinée par exemple aux turbines Kaplan ou aux turbines de type bulbe.In a second example, the evacuation of the Venturi tube is placed at the end of the water supply pipe, or close to it, preferably in the low pressure zone in the vicinity of the blades of the turbine. . In particular, the vacuum outlet may be placed upstream of the blades of a turbine of the hydraulic dam and / or directly downstream thereof. This solution is intended for example for Kaplan turbines or bulb type turbines.

Dans un troisième exemple, le tube de Venturi est placé dans un barrage fonctionnant avec des turbines Pelton qui utilisent un pointeau pour réguler le débit au sortir de la conduite d’alimentation en eau de la turbine. Le pointeau est fixé à l’extrémité d’une tige de commande et est mobile dans une buse. Conformément à l’invention, la tige de commande et le pointeau sont creux et en communication l’un avec l’autre, l’extrémité du pointeau opposée à la tige de commande étant ouverte, et la tige de commande servant de prise de vide au tube de Venturi.In a third example, the Venturi tube is placed in a dam operating with Pelton turbines which use a needle to regulate the flow out of the water supply line of the turbine. The needle is attached to the end of a control rod and is movable in a nozzle. According to the invention, the control rod and the needle are hollow and in communication with each other, the end of the needle opposite the control rod being open, and the control rod serving as a vacuum to the Venturi tube.

Pour une meilleure répartition de l’entrée d’air dans la conduite, il est préférable que la prise de vide comprenne plusieurs ouvertures réparties sur la périphérie de la conduite et que ces ouvertures soient placées dans un même plan radial.For a better distribution of the air inlet in the pipe, it is preferable that the vacuum outlet comprises several openings distributed around the periphery of the pipe and that these openings are placed in the same radial plane.

Dans un deuxième mode de réalisation, le tube de Venturi est placé dans un cours d’eau. Les torrents sont particulièrement bien adaptés à ce type d’application.In a second embodiment, the Venturi tube is placed in a stream. Torrents are particularly well suited to this type of application.

Afin d’améliorer la qualité de l’air ambiant, il est possible de placer un filtre à air en amont de la prise de vide du tube de Venturi. Ainsi, l’air aspiré est filtré avant d’être injecté dans le courant d’eau. Le filtre peut être placé par exemple dans la conduite d’alimentation en air du moteur. L’invention est décrite plus en détail à l’aide des figures suivantes qui montrent des exemples de réalisation de l’invention non limitatifs :In order to improve the quality of the ambient air, it is possible to place an air filter upstream of the Venturi tube vacuum outlet. Thus, the sucked air is filtered before being injected into the stream of water. The filter can be placed for example in the engine air supply line. The invention is described in more detail with the aid of the following figures which show nonlimiting examples of embodiment of the invention:

Figure 1 : Schéma de principe d’un moteur à air ;Figure 1: Schematic diagram of an air motor;

Figure 2 : vue d’un tube de Venturi de type multiétage placé dans un courant d’eau, par exemple une rivière ou un déversoir en sortie de barrage ;Figure 2: view of a multi-stage venturi tube placed in a stream of water, for example a river or a spillway out of the dam;

Figure 3 : coupe à travers un barrage avec une conduite munie d’une restriction et de plusieurs prises de vide pour actionner le moteur à air, à la façon d’un Venturi multiétage;Figure 3: Cut through a dam with a pipe with a restriction and several vacuum taps to operate the air motor, like a multi-stage Venturi;

Figure 4 : vue d’une conduite d’un barrage munie d’une prise de vide au niveau d’une turbine Francis ;Figure 4: view of a pipe of a dam equipped with a vacuum outlet at a Francis turbine;

Figure 5 : vue d’une conduite d’un barrage munie d’une prise de vide au niveau d’une turbine bulbe ;Figure 5: view of a pipe of a dam equipped with a vacuum outlet at a bulb turbine;

Figure 6 : vue d’une conduite d’un barrage munie d’une prise de vide au niveau d’un injecteur d’une turbine Pelton ;Figure 6: view of a pipe of a dam equipped with a vacuum outlet at an injector of a Pelton turbine;

Figure 7 : représentation schématique d’un pointeau pour un injecteur selon la figure 6 ; Figure 8 : coupe éclatée du pointeau de la figure 7 ;Figure 7: schematic representation of a needle for an injector according to Figure 6; Figure 8: exploded section of the needle of Figure 7;

Figure 9 : coupe agrandie du pointeau de la figure 7 muni de valves unidirectionnelles placé dans la buse de l’injecteur ;Figure 9: enlarged section of the needle of Figure 7 provided with unidirectional valves placed in the nozzle of the injector;

Figure 10 : coupe agrandie au niveau d’une valve unidirectionnelle ;Figure 10: enlarged section at a unidirectional valve;

Figure 11 : vue de dos de la partie avant du pointeau de la figure 7 ;Figure 11: back view of the front portion of the needle of Figure 7;

Figure 12 : représentation schématique d’un moteur à air actionnant une roue et raccordé à une prise de vide dans une restriction située dans une canalisation d’un barrage.Figure 12: schematic representation of an air motor operating a wheel and connected to a vacuum outlet in a restriction located in a pipe of a dam.

Pour une meilleure compréhension des figures, l’eau est représentée généralement par une flèche en trait continu, tandis que l’air est représenté par une flèche en trait discontinu. L’objectif de l’invention est notamment d’augmenter le rendement d’une centrale hydraulique en faisant fonctionner, parallèlement aux turbines traditionnelles, un moteur à air utilisant une source de vide et l’air ambiant comme source d’énergie.For a better understanding of the figures, the water is generally represented by an arrow in solid line, while the air is represented by an arrow in broken lines. The object of the invention is in particular to increase the efficiency of a hydraulic power plant by operating, parallel to conventional turbines, an air motor using a vacuum source and ambient air as a source of energy.

La figure 1 montre le schéma de principe de fonctionnement d’un tel moteur à air (100). Ce moteur fonctionne sensiblement comme un moteur à air comprimé, mais au lieu d’utiliser une source d’air comprimé, il utilise une source de vide. L’élément principal du moteur est un cylindre à double effet (110) dans lequel se déplace un piston (120) en formant deux chambres (111, 112) dont le volume varie en fonction du déplacement du piston à l’intérieur du cylindre. Une tige (130) est fixée au piston et saille par l’une des faces du cylindre. La tige est reliée à un mécanisme (140) qui transforme le mouvement de translation de la tige (130) en un mouvement de rotation pouvant être utilisé pour actionner un alternateur non représenté. Chaque chambre est munie d’au moins une valve d’admission et d’au moins une valve d’échappement, les valves d’admission et les valves d’échappement d’une même chambre pouvant être confondues (113, 114). Un tiroir de distribution, non représenté, permet d’alterner la prise de vide et l’entrée d’air ambiant dans les deux chambres en fonction de la position du piston dans le cylindre. Ainsi quand une chambre (112) est en contact avec la source de vide, l’autre chambre (111) est en contact avec l’air ambiant. Quand le piston est proche de sa fin de course, les raccordements sont inversés et la chambre (112) qui précédemment était en contact avec la source de vide se trouve maintenant en contact avec l’air ambiant, tandis que l’autre chambre (111) est raccordée à la source de vide. La différence de pression étant inversée, le piston se déplace vers la chambre (111) raccordée à la source de vide. Ce type de moteur est en soi connu, mais les sources de vide habituellement utilisées ont généralement besoin d’une source calorifique ou électrique. L’objectif de l’invention est de créer une source de vide qui ne nécessite pas d’apport calorifique ou électrique.Figure 1 shows the block diagram of operation of such an air motor (100). This engine works much like a compressed air engine, but instead of using a source of compressed air, it uses a vacuum source. The main element of the engine is a double-acting cylinder (110) in which a piston (120) moves, forming two chambers (111, 112) whose volume varies as a function of the movement of the piston inside the cylinder. A rod (130) is attached to the piston and protrudes through one of the faces of the cylinder. The rod is connected to a mechanism (140) that converts the translation movement of the rod (130) into a rotational movement that can be used to drive an unrepresented alternator. Each chamber is provided with at least one intake valve and at least one exhaust valve, the intake valves and the exhaust valves of the same chamber being confusable (113, 114). A dispensing spool, not shown, alternates the vacuum intake and the ambient air inlet in the two chambers depending on the position of the piston in the cylinder. Thus when a chamber (112) is in contact with the vacuum source, the other chamber (111) is in contact with the ambient air. When the piston is close to its end of travel, the connections are reversed and the chamber (112) that previously was in contact with the vacuum source is now in contact with the ambient air, while the other chamber (111 ) is connected to the vacuum source. The pressure difference being reversed, the piston moves towards the chamber (111) connected to the vacuum source. This type of motor is known per se, but usually used vacuum sources generally need a heat or electric source. The object of the invention is to create a vacuum source that does not require heat or electrical input.

Comme source de vide ne nécessitant pas d’énergie artificiellement créée, telle que de l’électricité, on a prévu un tube de Venturi placé dans un courant d’eau préexistant. Il existe de nombreux courants d’eau déjà existants pouvant être ainsi exploités. L’avantage d’un tube de Venturi, outre qu’il utilise une source d’énergie déjà présente, mais non exploitée, réside dans le fait que l’air aspiré pour faire fonctionner le moteur à air (100) est rejeté dans le courant d’eau favorisant ainsi son aération et augmentant le taux d’oxygène dans l’eau. Cet apport d’oxygène est favorable à la faune et la flore aquatique.As a source of vacuum that does not require artificially created energy, such as electricity, a Venturi tube placed in a pre-existing water stream is provided. There are many existing water currents that can be exploited. The advantage of a Venturi tube, besides using an energy source already present but not used, is that the air sucked in to operate the air motor (100) is rejected in the water flow thus promoting its aeration and increasing the rate of oxygen in the water. This oxygen supply is favorable to the aquatic fauna and flora.

Un tube de Venturi (200) est constitué d’un canal principal dont le diamètre varie de façon continue et d’un canal secondaire appelée prise de vide. Le canal principal comporte placés les uns derrière les autres une chambre convergente (210) débouchant dans une restriction (220) qui se poursuit par une chambre divergente (230). La prise de vide (240) est placée au niveau de la restriction (220) dans le cas d’un Venturi simple. Dans le cas d’un Venturi multiétage comme ceux représentés schématiquement aux figures 2 et 3, les prises de vide (généralement 2 ou 3 prises de vide supplémentaires) sont placées les unes derrière les autres le long de la partie divergente du tube pour exploiter toute la zone de dépression. Un tube de Venturi exploite le principe de Bernoulli. Si un liquide incompressible s’écoule dans une canalisation, alors son débit est constant. Lorsque le diamètre de la canalisation diminue, la vitesse du liquide augmente et sa pression diminue, tandis qu’à l'inverse, lorsque la canalisation s’élargit, le fluide ralentit et sa pression augmente.A Venturi tube (200) consists of a main channel of continuously varying diameter and a secondary channel called a vacuum tap. The main channel comprises placed one behind the other a convergent chamber (210) opening into a restriction (220) which continues with a divergent chamber (230). The vacuum tap (240) is placed at the restriction (220) in the case of a single Venturi. In the case of a multi-stage venturi, as shown diagrammatically in FIGS. 2 and 3, the vacuum taps (generally 2 or 3 additional vacuum taps) are placed one behind the other along the diverging portion of the tube to exploit any the area of depression. A Venturi tube exploits the Bernoulli principle. If an incompressible liquid flows into a pipe, then its flow is constant. When the diameter of the pipe decreases, the speed of the liquid increases and its pressure decreases, while conversely, when the pipe widens, the fluid slows down and its pressure increases.

Par conséquent, lorsqu’un fluide s’écoule dans un tube de Venturi depuis l’entrée de la chambre de convergente (210) jusqu’à la restriction, le diamètre du canal diminue et la pression initiale diminue tandis que la vitesse augmente. Au sortir de la restriction (220), le diamètre du canal croit à nouveau et la pression augmente tandis que la vitesse diminue. Du fait de la diminution de la pression au niveau de la restriction (220), il se crée une dépression que l’on peut utiliser pour aspirer le fluide se trouvant dans la prise de vide. Cette prise de vide peut être raccordée au moteur (100) pour le faire fonctionner.Therefore, when a fluid flows into a Venturi tube from the inlet of the converging chamber (210) to the restriction, the diameter of the channel decreases and the initial pressure decreases as the velocity increases. At the end of the restriction (220), the diameter of the channel increases again and the pressure increases while the speed decreases. Due to the decrease of the pressure at the restriction (220), a depression is created which can be used to suck the fluid in the vacuum outlet. This vacuum outlet can be connected to the motor (100) to operate.

Le tube de Venturi est le cœur de l’invention. Sa conception doit être faite avec soin pour atteindre de très basses pressions ce qui va lui conférer un meilleur débit d’aspiration. Il doit pouvoir disposer d’un temps très court d’évacuation du volume d’air du cylindre de la machine, ce qui augmentera la puissance de la machine à laquelle il est attaché. Il doit être bien fixé pour supporter la force de l’eau. Comme il ne comporte aucune pièce mobile, le tube de Venturi demande très peu d’entretien. Si la pression de l’eau passe en dessous de la pression de vapeur saturante, il se produira des phénomènes de cavitation qui risquent d’endommager la partie divergente du tube. Nous comptons sur l’injection massive d’air pour éliminer la cavitation, c’est pour cette raison qu’il ne faut jamais couper l’arrivée d’air du Venturi, il faut trouver un juste équilibre entre le diamètre de la restriction et l’absence de cavitation. Il faut protéger le tube contre les débris charriés par l’eau. Le tube Venturi peut être utilisé comme un débitmètre intégré. Il a en outre l’avantage de ne pas se mettre en travers de l’écoulement de l’eau comme c’est le cas d’une turbine par exemple. Il s’agit seulement d’une forme de canalisation particulière avec un rétrécissement puis un élargissement du diamètre. Des pertes de charge se produisent en sortie du tube et doivent être prises en compte, car moins de pertes de charge signifient une amélioration du débit d’eau, source de l’énergie hydraulique classique. Il convient de ne pas laisser passer les poissons à travers un tube Venturi à cause des basses pressions qui les blessent, comme c’est déjà le cas pour les barrages hydrauliques. L’expérience a montré que l’eau accélère sensiblement dans la partie divergente du tube de Venturi lorsqu’il y a aspiration d’air par rapport à la vitesse de l’eau sans aspiration de l’air. En effet, l’air et l’eau traversent la même section du tube, l’air passe sous forme de microbulles dans l’eau et le volume qu’il occupe peut être considéré comme une diminution de la section de la canalisation pour l’écoulement de l’eau, or une diminution de la section correspond à une accélération du fluide puisque le débit reste constant.The Venturi tube is the heart of the invention. Its design must be done carefully to reach very low pressures which will give it a better suction flow. It must have a very short time of evacuation of the air volume of the cylinder of the machine, which will increase the power of the machine to which it is attached. It must be well secured to withstand the force of the water. As there are no moving parts, the Venturi tube requires very little maintenance. If the water pressure drops below the saturation vapor pressure, cavitation phenomena will occur which may damage the diverging part of the tube. We rely on the massive injection of air to eliminate the cavitation, that's why we must never cut the air intake of the Venturi, we must find a right balance between the diameter of the restriction and the absence of cavitation. The tube must be protected from debris carried by the water. The Venturi tube can be used as an integrated flow meter. It also has the advantage of not getting in the way of the flow of water as is the case with a turbine for example. It is only a particular form of pipe with a narrowing then a widening of the diameter. Pressure losses occur at the outlet of the tube and must be taken into account, because less pressure loss means an improvement in water flow, source of conventional hydraulic energy. The fish should not be allowed to pass through a Venturi tube because of the low pressure that hurts them, as is already the case for hydraulic dams. Experience has shown that the water accelerates substantially in the divergent portion of the Venturi tube when there is suction of air with respect to the speed of the water without suction of the air. Indeed, the air and the water cross the same section of the tube, the air passes in the form of microbubbles in the water and the volume which it occupies can be regarded as a reduction of the section of the pipe for the flow of water, but a decrease in the section corresponds to an acceleration of the fluid since the flow rate remains constant.

Des simulations numériques ont été réalisées avec un tube de Venturi simple effet d’une longueur de 20 m, d’un diamètre de 1 m, le diamètre de la restriction étant de 0,45 m de diamètre, l’angle convergent de 34°, l’angle divergent de 7°. L’invention prévoit plusieurs endroits pour positionner le tube de Venturi. Dans un premier mode de réalisation, le tube Venturi est placé dans un cours d’eau ou un déversoir, par exemple au sortir d’un barrage. Dans un deuxième mode de réalisation, le tube Venturi est placé dans une conduite forcée placée entre une source située en hauteur et une sortie située à l’air libre.Numerical simulations were carried out with a single-acting Venturi tube 20 m long, 1 m in diameter, the diameter of the restriction being 0.45 m in diameter, the convergent angle of 34 ° , the angle diverges by 7 °. The invention provides several locations for positioning the venturi tube. In a first embodiment, the Venturi tube is placed in a stream or a spillway, for example out of a dam. In a second embodiment, the Venturi tube is placed in a forced pipe placed between a source located in height and an outlet located in the open air.

Dans le premier mode de réalisation, le tube Venturi est placé dans un cours d’eau à l’air libre et utilise essentiellement l’énergie cinétique de l’eau. Un exemple de réalisation est représenté schématiquement à la figure 2. Un ou plusieurs tubes de Venturi sont placés sur un déversoir à l’air libre.In the first embodiment, the Venturi tube is placed in a stream in the open air and uses essentially the kinetic energy of the water. An exemplary embodiment is shown schematically in Figure 2. One or more Venturi tubes are placed on a spillway in the open air.

Les déversoirs (spiliway) situés au sortir des barrages rejettent l’eau sans jamais en tirer profit, un déversoir en forme de tube de Venturi permettrait de tirer le maximum des ressources disponibles.Spiliway outflows discharge water without ever taking advantage of it, a venturi tube weir would make the most of available resources.

Un tel déversoir, placé à la sortie d’un barrage ou d’une retenue d’eau constitue un chenal présentant une longue pente douce en vue de diminuer l’énergie de l’eau avant de la déverser dans un cours d’eau. Ainsi, la vitesse de l’eau est modérée avant de pénétrer dans chaque tube. Les tubes sont disposés de préférence les uns derrière les autres, espacés et parallèles à l’écoulement. Pour des raisons de simplification, il est préférable qu’ils partagent une même conduite d’acheminement d’air. Une autre configuration en escalier plutôt qu’en pente, pour atteindre le même but est possible, les tubes seraient sur le plan horizontal. Dans les deux cas, on réduit la force de l’eau du barrage. La figue 2 montre un tube Venturi encastré dans le chenal, l’entrée du tube présente une rampe inclinée d’un angle d’environ 45° pour faciliter le passage d’une partie de l’eau au-dessus du tube. Cette partie de l’eau recouvre le tube et glisse le long d’une dalle qui protège le tube pour rejoindre le chenal en aval. L’autre partie de l’eau traverse le Venturi, elle ralentit fortement en entrée et sa pression statique augmente. Quand l’eau entre dans la partie convergente, elle accélère fortement à l’étranglement, générant ainsi une forte dépression.Such a spillway, placed at the exit of a dam or a reservoir of water constitutes a channel with a long gentle slope in order to reduce the energy of the water before pouring it into a watercourse. Thus, the speed of the water is moderate before entering each tube. The tubes are preferably arranged one behind the other, spaced and parallel to the flow. For reasons of simplification, it is preferable that they share the same air supply line. Another staircase configuration rather than slope, to achieve the same goal is possible, the tubes would be on the horizontal plane. In both cases, the strength of the dam water is reduced. Fig 2 shows a Venturi tube embedded in the channel, the inlet of the tube has a ramp inclined at an angle of about 45 ° to facilitate the passage of a portion of the water above the tube. This part of the water covers the tube and slides along a slab that protects the tube to reach the channel downstream. The other part of the water crosses the Venturi, it slows down strongly at the entrance and its static pressure increases. When the water enters the converging part, it accelerates strongly to the strangulation, thus generating a strong depression.

Le même type de tube Venturi que précédemment peut être placé dans un torrent ou dans un courant marin. Ces courants existent naturellement et peuvent être exploités sans pollution. L’installation d’un tube de Venturi dans les rapides des rivières permet de bénéficier de l’énergie cinétique de l’eau. Le système apparaît dans sa meilleure condition pour le respect du paysage et de la nature, car le tube de Venturi sera totalement immergé et non visible de la surface. Il est fixé solidement et parallèlement à l’écoulement d’une eau à grande vitesse et son apport en oxygène en profondeur sera important. Dans ce mode de réalisation, il n’est pas nécessaire de prévoir des conduites forcées ou des barrages. Il n’y a donc aucun aspect négatif pour la flore marine, mais bien au contraire, on aide la nature en aérant l’eau. De plus, il est possible de placer plusieurs tubes les uns derrière les autres ou les uns parallèlement aux autres, multipliant ainsi l’énergie à extraire.The same type of Venturi tube as before can be placed in a stream or in a marine current. These currents exist naturally and can be exploited without pollution. The installation of a Venturi tube in the rapids of the rivers makes it possible to benefit from the kinetic energy of the water. The system appears in its best condition for the respect of landscape and nature, because the Venturi tube will be totally immersed and not visible from the surface. It is firmly attached and parallel to the flow of water at high speed and its oxygen supply at depth will be important. In this embodiment, it is not necessary to provide penstocks or dams. So there is no negative aspect for the marine flora, but on the contrary, we help nature by aerating the water. In addition, it is possible to place several tubes behind each other or parallel to each other, thereby multiplying the energy to be extracted.

Dans la quête d’aspiration maximale, on est tenté d’utiliser un goulot d’étranglement de plus en plus serré. Il peut en résulter que l’eau de plus en plus véloce provoque de fortes turbulences dans la partie divergente lesquelles freineront complètement l’écoulement à l’intérieur du tube, ce qui aura pour conséquence un contournement du tube par l’eau, le tube devient alors inopérant !In the quest for maximum suction, one is tempted to use an increasingly tight bottleneck. It can result that the increasingly rapid water causes strong turbulence in the diverging portion which will completely slow the flow inside the tube, which will result in a bypass of the tube by the water, the tube then becomes inoperative!

Dans le deuxième mode de réalisation de l’invention, le tube de Venturi est placé dans une canalisation placée entre une retenue d’eau placée en hauteur et une sortie placée plus bas que le niveau de l’eau de la retenue. Typiquement, la canalisation sera située dans un barrage. Le tube Venturi utilise essentiellement l’énergie potentielle de l’eau due à la différence de hauteur entre la source et la sortie.In the second embodiment of the invention, the venturi tube is placed in a pipe placed between a water reservoir placed at a height and an outlet placed lower than the water level of the reservoir. Typically, the pipeline will be located in a dam. The Venturi tube uses essentially the potential energy of the water due to the height difference between the source and the outlet.

Une première variante de réalisation de l’invention appliquée à une telle conduite est représentée à la figure 3. Le tube de Venturi est placé dans une conduite (311) du barrage (300). La dépression créée au niveau de la restriction (220) du tube de Venturi sert à faire fonctionner le moteur à air. Cette conduite peut être créée pour le fonctionnement exclusif du moteur et ne pas avoir d’autre fonction, auquel cas il n’est pas nécessaire de la placer dans un barrage comme représenté ici, mais par exemple de la placer comme une simple conduite forcée placée à flanc de montagne. Il est cependant envisageable de placer la restriction formant tube de Venturi dans une conduite existante, notamment bien en aval d’une turbine placée dans la conduite.A first embodiment of the invention applied to such a pipe is shown in Figure 3. The Venturi tube is placed in a pipe (311) of the dam (300). The depression created at the restriction (220) of the venturi tube serves to operate the air motor. This pipe may be created for the exclusive operation of the engine and have no other function, in which case it is not necessary to place it in a dam as shown here, but for example to place it as a simple penstock placed on the mountainside. However, it is conceivable to place the Venturi tube restriction in an existing pipe, especially well downstream of a turbine placed in the pipe.

Une deuxième variante de réalisation consiste à utiliser les restrictions déjà présentes dans les conduites des barrages, mais non utilisées. En effet, les conduites, au niveau des turbines, constituent en soi des restrictions dans lesquelles il est possible de placer des prises de vide. Ainsi, on observe au niveau d’une turbine hydraulique un phénomène de cavitation qui habituellement doit être évité, car avec le temps il peut endommager la turbine et la canalisation. La cavitation apparaît quand la dépression atteint la pression de vapeur saturante de l’eau, laquelle dépend de la température de l’eau. Étirer un liquide avec une force croissante, c'est lui appliquer une pression négative. La pression négative ainsi appliquée finit par "casser" le liquide et il se produit alors un changement de phase liquide -> gaz se traduisant par l’apparition de bulles de vapeur d'eau. Quand l’eau traverse une restriction de diamètre, la pression chute. L’eau bout si elle atteint la pression de vapeur saturante. Il se forme alors de multiples bulles de vapeur. Quand l’eau regagne de la pression à la sortie de la zone de restriction, ces bulles éclatent contre les parois du tube. Ces éclatements de bulles de vapeur créent de petites cavités sur la surface de la conduite, cette érosion condamne cette dernière à sa destruction au fil du temps. C’est cette dépression qui est utilisée dans la présente invention.A second embodiment is to use the restrictions already present in the pipes of the dams, but not used. In fact, the pipes, at the turbine level, are in themselves restrictions in which it is possible to place vacuum taps. Thus, it is observed at a hydraulic turbine cavitation phenomenon which usually should be avoided, because over time it can damage the turbine and the pipe. Cavitation occurs when the vacuum reaches the saturation vapor pressure of water, which depends on the temperature of the water. Stretching a liquid with increasing strength means applying negative pressure. The negative pressure thus applied eventually "breaks" the liquid and there then occurs a change in liquid phase -> gas resulting in the appearance of water vapor bubbles. When the water passes through a diameter restriction, the pressure drops. The water boils if it reaches the saturation vapor pressure. It then forms multiple bubbles of steam. When the water regains pressure at the exit of the restriction zone, these bubbles burst against the walls of the tube. These burstings of vapor bubbles create small cavities on the surface of the pipe, this erosion condemns the latter to its destruction over time. It is this depression that is used in the present invention.

Il existe différents types de turbines hydrauliques en fonction de la hauteur de chute d’eau et/ou du débit. Les turbines sont classées en deux grandes catégories : les turbines à réaction dont le rotor provoque une différence de pression entre l'entrée et la sortie de la turbine ; et les turbines à impulsion dans lesquelles l’énergie potentielle de l’eau s'écoulant dans une conduite forcée est transformée en énergie cinétique par l'intermédiaire d’un jet d’eau qui agit directement sur les augets de la roue.There are different types of hydraulic turbines depending on the height of the waterfall and / or the flow. Turbines are classified into two broad categories: jet turbines whose rotor causes a pressure difference between the inlet and outlet of the turbine; and impulse turbines in which the potential energy of the water flowing in a penstock is converted into kinetic energy by means of a jet of water which acts directly on the buckets of the wheel.

Parmi les turbines à réaction, on citera par exemple les turbines Francis, destinées aux chutes d’eau moyennes à hautes et dans lesquelles l’eau pénètre radialement et s’évacue axialement, ainsi que les turbines Kaplan destinées aux faibles chutes d’eau (2 à 25 mètres de hauteur) et aux très grands débits (70 à 800 m^/s). Les turbines de type bulbe, dans lesquelles l’eau s’écoule axialement, sont des variantes des turbines Kaplan. Parmi les turbines à action, on trouve notamment les turbines à augets de type Pelton qui sont particulièrement bien adaptées aux grandes hauteurs de chute (> 400 m) et aux faibles débits d’eau (< 15 m®/s).Examples of jet turbines are Francis turbines for medium to high waterfalls in which water penetrates radially and discharges axially, and Kaplan turbines for small waterfalls ( 2 to 25 meters high) and very high flows (70 to 800 m ^ / s). Bulb type turbines, in which water flows axially, are variants of Kaplan turbines. Among the turbines with action, we find in particular the Pelton-type bucket turbines which are particularly well adapted to the great heights of fall (> 400 m) and the low flow rates of water (<15 m® / s).

De façon générale, une turbine à réaction est placée à l’extrémité d’une conduite forcée (311, 312, 313) et se prolonge par un tube d’aspiration (411, 421) qui débouche plus bas dans un canal de fuite. Le tube d’aspiration doit être complètement rempli avec le fluide de travail qui le traverse. Il est réalisé de manière divergente pour réduire au minimum la vitesse à la sortie. Par conséquent, un tube d'aspiration est essentiellement un diffuseur et doit être conçu correctement avec un angle d’environ 8 degrés de manière à empêcher la séparation de l'écoulement depuis la paroi et à réduire en conséquence la perte d'énergie dans le tube.In general, a reaction turbine is placed at the end of a forced pipe (311, 312, 313) and is extended by a suction pipe (411, 421) which opens lower in a leakage channel. The suction tube must be completely filled with the working fluid passing through it. It is made divergently to minimize the speed at the exit. Therefore, a suction tube is essentially a diffuser and must be designed correctly at an angle of about 8 degrees so as to prevent the separation of the flow from the wall and consequently to reduce the energy loss in the tube.

Il faut éviter que la pression en amont du tube de Venturi ne soit trop importante lorsqu’il n’y a pas de turbine, car par exemple pour abaisser cent bars à moins d’un bar, il faut rétrécir davantage le passage de l’eau à l’étranglement. Il en résultera une grande vélocité de l’eau et d’importantes turbulences dans la partie divergente du tube. De telles turbulences risquent de freiner l’écoulement de l’eau et de faire apparaître des vibrations et du bruit.It must be avoided that the pressure upstream of the Venturi tube is too great when there is no turbine, because for example to lower one hundred bars to less than one bar, it is necessary to further narrow the passage of the water to the strangulation. This will result in high water velocity and severe turbulence in the diverging part of the tube. Such turbulence can slow down the flow of water and cause vibrations and noise.

Le corps de la turbine dans la conduite constitue une restriction et la pression de l’eau chute parfois jusqu’à la pression vapeur saturante d’où l’apparition de la cavitation sur les pales de la turbine et au sortir de la turbine. C’est en ceci que l’invention assimile cette construction à un embryon de tube de Venturi gigantesque. Si l'on pratique une ou plusieurs ouvertures dans la canalisation juste en dessous de la turbine, on crée une forte aspiration d’air. En se référant aux données de fournies par la société Mazzei, fabriquant de tube de Venturi (http://mazzei.net/venturi_injectors/), il est possible d’arriver à un volume 50 % eau - 50% air. Si l'on prend un débit d’eau moyen de 700 m^/s, on aura un débit d’aspiration d’air du même ordre de grandeur. En multipliant cette valeur par le nombre de turbines dont dispose un barrage (32 pour le barrage des trois gorges en Chine) le potentiel d’énergie est phénoménal. L’emplacement exact des ouvertures dépend du type de turbine utilisé. Le tube aspirateur prend une nouvelle envergure puisqu’il devient source d’énergie en plus d’un diffuseur. L’eau sort de la turbine dans un mouvement hélicoïdal, puis s’écoule sous cette forme jusqu’au en bas du tube diffuseur. Il se forme aussi une corde de vortex au milieu, juste en dessous de la turbine, laquelle corde est constituée d’oxygène non dissout et de vapeur. Cette corde est responsable de fluctuation à haute fréquence de la pression ce qui cause des vibrations et nuisances sonores et a un effet direct sur la performance des générateurs, certaines études ayant montré que l’injection d’eau ou d’air par le milieu de l’arbre (creux) de la turbine réduit efficacement les vibrations et augmente la production par la même occasion. Une entrée d’air par le tube de Venturi comme le montre la figure 4 a le même effet.The body of the turbine in the pipe is a restriction and the pressure of the water sometimes drops to saturation vapor pressure from where the appearance of cavitation on the blades of the turbine and out of the turbine. It is in this that the invention equates this construction with a gigantic Venturi tube embryo. If one or more openings in the pipe just below the turbine are used, a strong suction of air is created. Referring to the data provided by the company Mazzei, manufacturer of Venturi tube (http://mazzei.net/venturi_injectors/), it is possible to arrive at a volume of 50% water - 50% air. If we take an average water flow of 700 m 2 / s, we will have an air suction rate of the same order of magnitude. By multiplying this value by the number of turbines at the disposal of a dam (32 for the dam of the three gorges in China) the energy potential is phenomenal. The exact location of the openings depends on the type of turbine used. The vacuum tube takes on a new dimension since it becomes a source of energy in addition to a diffuser. The water leaves the turbine in a helical movement, then flows in this form to the bottom of the diffuser tube. There is also a vortex cord in the middle, just below the turbine, which consists of undissolved oxygen and vapor. This rope is responsible for high-frequency fluctuation of the pressure which causes vibrations and noise and has a direct effect on the performance of the generators, some studies have shown that the injection of water or air by the medium of the shaft (hollow) of the turbine effectively reduces vibration and increases production at the same time. An air intake through the Venturi tube as shown in Figure 4 has the same effect.

Il faut que le tube aspirateur soit conçu pour ralentir suffisamment la vitesse de l’eau qui est augmentée en raison de l’injection massive d’air. La nouvelle architecture des barrages devra prendre en compte dans sa conception un tube aspirateur efficace au vu de la nouvelle donne. L’injection de l’air ne doit perturber en rien le fonctionnement normal de la turbine.The vacuum tube must be designed to slow down enough the speed of the water which is increased due to the massive injection of air. The new architecture of the dams will have to take into account in its design an effective vacuum tube in the light of the new order. The injection of air must not disturb the normal operation of the turbine.

La figure 4 présente un premier exemple de cette deuxième variante de réalisation. Elle représente la conduite (312) d’un barrage au niveau d’une turbine Francis (410). L’eau est introduite dans la turbine de façon radiale en passant par un distributeur en spiral (210) jouant le rôle de chambre convergente et s’échappe ensuite axialement dans une conduite d’aspiration (411) qui joue le rôle de chambre divergente (230). En aval de la turbine, on observe une baisse de pression qui peut conduire à un effet de cavitation. Conformément à l’invention, il est prévu de placer sur le pourtour de la conduite d’aspiration (411), à proximité de la sortie de la turbine, une ou plusieurs ouvertures reliées à la prise de vide (240). Il est possible de placer une valve d’ouverture/fermeture (242) dans la conduite d’acheminement d’air jouant le rôle de prise de vide pour le tube de Venturi. Cette valve sert à interrompre l’aspiration d’air en cas de nécessité. Il est également possible de placer un clapet antiretour (241) pour éviter que l’eau ne reflue vers le moteur à air (100).FIG. 4 presents a first example of this second variant embodiment. It represents the duct (312) of a dam at a Francis turbine (410). The water is introduced into the turbine radially via a spiral distributor (210) acting as a convergent chamber and then escaping axially in a suction pipe (411) which acts as a divergent chamber ( 230). Downstream of the turbine, there is a drop in pressure which can lead to a cavitation effect. According to the invention, it is intended to place on the periphery of the suction pipe (411), near the outlet of the turbine, one or more openings connected to the vacuum outlet (240). It is possible to place an open / close valve (242) in the air supply line acting as a vacuum plug for the Venturi tube. This valve is used to interrupt the air intake when necessary. It is also possible to place a check valve (241) to prevent water from flowing back to the air motor (100).

Le même principe peut être utilisé pour une turbine de type Kaplan.The same principle can be used for a Kaplan turbine.

La figure 5 présente un deuxième exemple de la deuxième variante de réalisation. Ici, la conduite (313) du barrage est munie d’une turbine de type bulbe (420). Les turbines de type bulbe sont des développements des turbines Kaplan dont les pales sont placées dans le courant d’eau de sorte qu’il se produit un écoulement hydraulique axial sans changement de direction, contrairement aux turbines Francis. Alors que dans la turbine Kaplan traditionnelle l’alternateur est placé à l’extérieur de la conduite, l’alternateur d’une turbine de type bulbe est placé dans une enveloppe profilée immergée dans le flux. Comme le montre la figure 5, la conduite (313) dans laquelle est placée la turbine de type bulbe se rétrécit au niveau de l’extrémité de l’enveloppe dirigée vers les pales. Au-delà des pales, la conduite s’élargit à nouveau en une conduite d’aspiration (421). La turbine placée dans la conduite et le rétrécissement au bout de la conduite forcée (313) constituent une restriction (220) qui peut être utilisée pour former un tube de Venturi. L’extrémité de la conduite forcée (313) constitue la chambre convergente (410) et le début de la conduite d’aspiration (421) la chambre divergente (230). Conformément à l’invention, il est prévu de placer sur le pourtour de cette restriction une ou plusieurs ouvertures reliées à une prise de vide (240).FIG. 5 presents a second example of the second variant embodiment. Here, the pipe (313) of the dam is provided with a bulb type turbine (420). Bulb type turbines are developments of Kaplan turbines whose blades are placed in the water current so that there is an axial hydraulic flow without change of direction, unlike Francis turbines. While in the traditional Kaplan turbine the alternator is placed outside the pipe, the alternator of a bulb type turbine is placed in a profiled envelope immersed in the flow. As shown in FIG. 5, the pipe (313) in which the bulb-type turbine is located narrows at the end of the envelope directed towards the blades. Beyond the blades, the pipe widens again into a suction line (421). The impeller placed in the pipe and the narrowing at the end of the penstock (313) is a restriction (220) that can be used to form a Venturi tube. The end of the forced pipe (313) constitutes the convergent chamber (410) and the beginning of the suction pipe (421) the divergent chamber (230). According to the invention, it is intended to place on the periphery of this restriction one or more openings connected to a vacuum outlet (240).

Les turbines bulbe ont un fonctionnement réversible, c'est-à-dire que la turbine est entraînée par l’eau que celle-ci s’écoule dans un sens ou dans l’autre. C’est pourquoi elles sont utilisées notamment dans les usines marémotrices. L’invention peut être utilisée dans ce type de barrage.The bulb turbines have a reversible operation, that is to say that the turbine is driven by the water that it flows in one direction or the other. This is why they are used especially in tidal power plants. The invention can be used in this type of dam.

Un troisième exemple de réalisation de la deuxième variante, représenté sur la figure 6, prévoit de modifier la buse d’une turbine Pelton pour créer un tube de Venturi. Une turbine Pelton fonctionne avec un grand dénivelé, mais un faible débit. L’eau est amenée à la turbine par une conduite forcée (314) depuis une retenue placée beaucoup plus haut. Elle est projetée dans le plan radial sur les augets de la roue par une ou plusieurs buses situées au bout de la conduite forcée. La force du jet d’eau est ajustable à l’aide d’un pointeau de forme sensiblement conique. Traditionnellement, le pointeau est placé à l’extrémité d’une tige de commande reliée à un vérin. La position du pointeau dans la buse est ajustée à l’aide du vérin en fonction du débit souhaité. On comprend qu’une restriction est formée au niveau du pointeau, laquelle restriction est exploitée conformément à l’invention pour placer une prise de vide. La solution retenue pour cet exemple de réalisation est différente du tube de Venturi traditionnel, étant donné qu’il n’est pas possible d’injecter l’air depuis la buse, car la région de basse pression (grande vitesse) n’est pas isolée de l’air environnant. Pour utiliser une méthode la moins invasive possible, il est donc proposé d’injecter l’air par un pointeau creux, car celui-ci est isolé de l’air ambiant par le jet d’eau qui l’entoure. L’entrée de la buse constitue la chambre convergente (210), l’espace situé entre l’extrémité avant du pointeau et la buse la restriction (220). Conformément à l’invention, la tige de commande (431) et le pointeau (430) sont creux et forment un canal pour la prise de vide. La figure 7 montre une vue schématique en perspective du pointeau (430) de l’invention.A third embodiment of the second variant, shown in Figure 6, provides for modifying the nozzle of a Pelton turbine to create a Venturi tube. A Pelton turbine operates with a large vertical drop, but a low flow. The water is fed to the turbine by a forced pipe (314) from a reservoir placed much higher. It is projected in the radial plane on the buckets of the wheel by one or more nozzles located at the end of the penstock. The force of the water jet is adjustable using a needle of substantially conical shape. Traditionally, the needle is placed at the end of a control rod connected to a jack. The position of the needle in the nozzle is adjusted using the cylinder according to the desired flow rate. It is understood that a restriction is formed at the needle, which restriction is used in accordance with the invention to place a vacuum outlet. The solution adopted for this embodiment is different from the traditional Venturi tube, since it is not possible to inject the air from the nozzle, since the low pressure (high speed) region is not isolated from the surrounding air. To use a least invasive method possible, it is proposed to inject the air by a hollow needle, because it is isolated from the ambient air by the jet of water surrounding it. The inlet of the nozzle constitutes the convergent chamber (210), the space located between the front end of the needle and the nozzle (220). According to the invention, the control rod (431) and the needle (430) are hollow and form a channel for taking vacuum. Figure 7 shows a schematic perspective view of the needle (430) of the invention.

Le pointeau peut être constitué d’une partie arriére (432) solidaire de la tige de commande (431) et d’une partie avant (433) comme le montre la figure 8. La partie arrière du pointeau et la tige de commande sont creuses. Une section cylindrique de la partie arrière du pointeau (432) est filetée (mâle), tandis qu’une section cylindrique de la partie avant (433) est filetée (femelle) dans le but de solidariser les deux parties, un joint d’étanchéité (434) pouvant être interposé entre elles. La partie avant (433) du pointeau est percée de nombreux conduits (435) parallèles entre eux qui débouchent à la sortie de la buse. L’air est injecté dans l’eau par ces conduits. La partie avant est de forme conique. Cette conception permet à l’eau de s’écouler le long de cette forme conique comme le montre la figure 9. Un exemple de la répartition géométrique des conduits est visible sur la figure 11 qui montre une vue de dos de la partie avant (433) du pointeau. Il est préférable de prévoir des valves unidirectionnelles (436) pour empêcher le reflux de l’eau dans la prise de vide quand le pointeau ou l’extrémité de certains conduits se trouvent dans les régions de haute pression. Ces valves unidirectionnelles (436) peuvent être placées dans chacun des conduits (435) de la partie avant du pointeau. La figure 10 montre une coupe à travers une telle valve unidirectionnelle. Une plaque de retenue (437) est placée en amont de la partie avant (433) du pointeau pour maintenir en place les valves unidirectionnelles (436). Cette plaque est de préférence vissée sur la partie avant (433). Il est également possible de placer un clapet antiretour de sécurité (241) dans le conduit de la tige de commande, par exemple à l’entrée de ce conduit, comme ceux montrés sur les figures 2 à 6 ou la figure 8.The needle may consist of a rear portion (432) integral with the control rod (431) and a front portion (433) as shown in Figure 8. The rear portion of the needle and the control rod are hollow . A cylindrical section of the rear part of the needle (432) is threaded (male), while a cylindrical section of the front part (433) is threaded (female) in order to secure the two parts, a seal (434) can be interposed between them. The front portion (433) of the needle is pierced with numerous conduits (435) parallel to each other which open at the outlet of the nozzle. The air is injected into the water through these ducts. The front part is conical. This design allows water to flow along this conical shape as shown in Figure 9. An example of the geometric distribution of the ducts is shown in Figure 11 which shows a back view of the front portion (433). ) of the needle. It is preferable to provide one-way valves (436) to prevent backflow of water into the vacuum port when the needle or the end of some conduits are in the high pressure regions. These unidirectional valves (436) can be placed in each of the ducts (435) of the front part of the needle. Figure 10 shows a section through such a unidirectional valve. A retaining plate (437) is placed upstream of the front portion (433) of the needle to hold the unidirectional valves (436) in place. This plate is preferably screwed on the front part (433). It is also possible to place a safety check valve (241) in the conduit of the control rod, for example at the entrance of this conduit, as shown in FIGS. 2 to 6 or FIG.

Enfin, la figure 12 montre schématiquement le raccordement d’un moteur à air (100) à une prise de vide (240) provenant d’un tube de Venturi selon l’invention placé dans une conduite d’un barrage (300) et à un système bielle-manivelle (140) transformant le mouvement de va-et-vient du piston en un mouvement circulaire pour actionner un alternateur (non représenté).Finally, FIG. 12 schematically shows the connection of an air motor (100) to a vacuum intake (240) coming from a Venturi tube according to the invention placed in a pipe of a dam (300) and to a crank-handle system (140) transforming the reciprocating movement of the piston into a circular motion to drive an alternator (not shown).

Il est possible de placer un filtre (500) dans la conduite alimentant le moteur (100) en air ambiant. Ce filtre permet de dépolluer l’air aspiré avant de l’injecter dans l’eau après passage dans le moteur. Il faut noter une remarque importante, le moteur devient lui-même une pompe aspirante grâce au déplacement du piston pendant la phase d’admission, l’air admis sera absorbé par l’effet Venturi à la prochaine aspiration. La prise d’air a aussi son importance. On peut par exemple aspirer les COV (composés organiques volatils) dans la salle des machines et assurer ainsi un renouvellement automatique de l’air ambiant ou dans des zones particulièrement polluées et le faire passer sur des filtres avant de l’injecter dans l’eau. L’invention présente de nombreux avantages. En faisant fonctionner un moteur à air entraînant un alternateur, elle contribue à augmenter le rendement d’un barrage. Elle peut être installée lors de la construction du barrage, ou bien être facilement installée dans un barrage existant. L’effet Venturi comme décrit peut faire fonctionner une machine à vapeur tout autant qu’un moteur rotatif compliqué à air comprimé ou vapeur, la turbine Tesla étant une bonne candidate pour ce système. Le moteur à piston constitue une approche classique, mais il peut donner une idée sur la puissance qu’on peut tirer d’un tel système.It is possible to place a filter (500) in the line supplying the engine (100) with ambient air. This filter removes the air sucked before injecting into the water after passing through the engine. It should be noted an important note, the engine itself becomes a suction pump through the displacement of the piston during the intake phase, the air admitted will be absorbed by the Venturi effect at the next suction. The air intake is also important. For example, VOCs (volatile organic compounds) can be sucked into the machine room and thus ensure an automatic renewal of the ambient air or in particularly polluted areas and pass it on filters before injecting it into the water. . The invention has many advantages. By operating an air motor driving an alternator, it helps to increase the efficiency of a dam. It can be installed during the construction of the dam, or be easily installed in an existing dam. The Venturi effect as described can operate a steam engine as well as a complicated rotary engine with compressed air or steam, the Tesla turbine being a good candidate for this system. The piston engine is a classic approach, but it can give an idea of the power that can be derived from such a system.

La pression atmosphérique fournit la force nécessaire pour faire fonctionner le moteur, il est important d’avoir une idée sur cette force. La force et la pression sont reliées par la formule P=F/S, où P est la pression en Pa, F la force en N et S la surface du piston en m^. Autrement dit, F=P.S = Ρ.π.Ο^Μ où D est le diamètre du piston.The atmospheric pressure provides the necessary force to operate the engine, it is important to have an idea about this force. The force and the pressure are connected by the formula P = F / S, where P is the pressure in Pa, F the force in N and S the surface of the piston in m ^. In other words, F = P.S = Ρ.π.Ο ^ Μ where D is the diameter of the piston.

La pression atmosphérique mesurée au niveau de la mer a pour valeur 1,01325-105 Pa. F devientThe atmospheric pressure measured at sea level is 1.01325-105 Pa. F becomes

La pression atmosphérique étant en première approximation constante, la force dépend donc essentiellement du diamètre du piston élevé au carré et a la forme d’une fonction du type -kK^ |_a pression atmosphérique étant sensiblement constante, si nous voulons augmenter sa force, il faut augmenter la surface du piston, car c’est le seul paramètre variable dans notre équation. La course du piston et sa surface déterminent le volume d’air à extraire. Admettons que la dépression dans le barrage atteint 10 000 Pa avec un débit d’aspiration de 200 m3 /s.Since the atmospheric pressure is as a first approximation constant, the force therefore depends essentially on the diameter of the piston raised squared and in the form of a function of the type -kK. At atmospheric pressure being substantially constant, if we wish to increase its force, it The piston surface must be increased because it is the only variable parameter in our equation. The stroke of the piston and its surface determine the volume of air to be extracted. Suppose the dam depression reached 10,000 Pa with a suction flow of 200 m3 / s.

Si nous prenons un piston de 10 m de diamètre et une course de 0,5 m, le volume d’air à extraire est de 78,56 m3, le temps d’évacuation de ce volume donne la vitesse linéaire du piston. Mais intéressons-nous à la force générée, 90 % de la pression atmosphérique sur la surface du piston correspond à 716,224 tonnes. Cette force atteint 2 864,88 tonnes si le piston fait 20 m de diamètre.If we take a piston of 10 m diameter and a stroke of 0.5 m, the volume of air to extract is 78.56 m3, the evacuation time of this volume gives the linear velocity of the piston. But let's look at the force generated, 90% of the atmospheric pressure on the surface of the piston is 716,224 tons. This force reaches 2,864.88 tonnes if the piston is 20 m in diameter.

Ce petit calcul donne une idée de la puissance de ce moteur, disposant d’un important couple et capable d’améliorer le rendement d’une centrale hydraulique de façon significative. Le moteur fonctionne alors en implosion et non en expansion comme tous les moteurs connus. La taille de la machine est à l’image de l’ouvrage, tout est grand dans un barrage. L’acheminement de l’air aspiré à travers une canalisation vers la machine et ensuite vers le tube Venturi (pompe à vide) nous amène à prendre en compte la conductance des canalisations, car dans notre système, les canalisations peuvent être très longues entre le tube Venturi et les machines. La conductance caractérise l’aptitude de la canalisation à l’écoulement de l’air et elle s’applique à tous les éléments de la pompe (tuyau, vannes, orifices, etc.). Il est préférable de tenir compte la conductance des canalisations d’acheminement d’air pour le calcul du rendement global du système qui sinon serait surestimé.This small calculation gives an idea of the power of this engine, having a large torque and capable of improving the performance of a hydraulic power plant significantly. The engine then operates in implosion and not expanding like all known engines. The size of the machine is the image of the book, everything is big in a dam. The routing of the air sucked through a pipe to the machine and then to the Venturi tube (vacuum pump) leads us to take into account the conductance of the pipes, because in our system, the pipes can be very long between the Venturi tube and machines. Conductance characterizes the ability of the pipeline to flow through the air and applies to all elements of the pump (pipe, valves, orifices, etc.). It is best to consider the conductance of the air supply piping for the calculation of the overall system yield which otherwise would be overestimated.

En injectant de l’air dans l’eau, on améliore la qualité de celle-ci ce qui bénéficie à la flore et la faune aquatique. L’oxygène tue les bactéries anaérobies et fait respirer les poissons. Le tube de Venturi n’ayant aucune pièce mobile, il est très robuste et ne nécessite pas un grand entretien. La salle des machines peut être placée loin du tube. L’invention est écologique puisqu’elle fait appel à une énergie existante qui est sinon perdue, c’est la part invisible de l’énergie hydraulique, la pression atmosphérique dont on a oublié l’importance et l’effet Venturi qui au final, n’est pas une notion intuitive.By injecting air into the water, it improves the quality of it which benefits the flora and fauna aquatic. Oxygen kills anaerobic bacteria and makes the fish breathe. The Venturi tube has no moving parts, it is very robust and does not require a large maintenance. The engine room can be placed away from the tube. The invention is ecological because it uses an existing energy that is otherwise lost, it is the invisible part of the hydraulic energy, the atmospheric pressure which we forgot the importance and the Venturi effect which in the end, is not an intuitive notion.

Liste des références : 100 Moteur à air 110 Cylindre à double effet 111 Première chambre 112 Deuxième chambre 113 Valve d’admission et d’échappement de la première chambre 114 Valve d’admission et d’échappement de la deuxième chambre 120 Piston 130 Tige 140 Mécanisme transformant le mouvement de translation de la tige en un mouvement de rotation 200 Tube de Venturi 210 Chambre convergente 220 Restriction 230 Chambre divergente 240 Prise de vide 241 Clapet antiretour 242 Valve d’ouverture et de fermeture 300 Barrage 311 Conduite forcée 312 Conduite forcée 313 Conduite forcée 314 Conduite forcée 410 Turbine Francis 411 Tube d’aspiration 420 Turbine de type bulbe 421 Tube d’aspiration 430 Pointeau d’une turbine Pelton 431 Tige de commande du pointeau de la turbine Pelton 432 Partie arriére du pointeau 433 Partie avant du pointeau 434 Joint d’étanchéité 435 Conduits 436 Valves unidirectionnelles 437 Plaque de retenue 500 Filtre à airList of references: 100 Air motor 110 Double-acting cylinder 111 First chamber 112 Second chamber 113 Intake and exhaust valve of the first chamber 114 Inlet and exhaust valve of the second chamber 120 Piston 130 Rod 140 Mechanism transforming the translation movement of the rod into a rotational movement 200 Venturi tube 210 Convergent chamber 220 Restriction 230 Diverging chamber 240 Vacuum outlet 241 Non-return valve 242 Opening and closing valve 300 Dam 311 Force pipe 312 Force pipe 313 Forced Pipe 314 Forced Pipe 410 Francis Turbine 411 Suction Tube 420 Bulb Turbine 421 Suction Tube 430 Pointer for Pelton Turbine 431 Pelton Turbine Needle Control Pin 432 Back Piece for Needle 433 Front Part of Needle 434 Gasket 435 Conduits 436 Unidirectional valves 437 Retaining plate 500 Air filter

Claims

claims

Device for operating a motor (100) comprising a cylinder (110) inside which a piston (120) separating the cylinder moves in two chambers (111, 112) whose volume varies according to the displacement piston in the cylinder, the piston being provided with a rod (130) protruding from the cylinder at the end of one of the two chambers, each chamber being provided with at least one intake valve and at least one an exhaust valve, the intake and exhaust valves of the same chamber being confusable (113, 114), a distributor being provided for alternately connecting the chambers (111, 112) to a vacuum source via their exhaust valves and at atmospheric pressure via their intake valves, characterized in that the vacuum source is constituted by a Venturi tube (200).

2. Device according to claim 1, characterized in that the Venturi tube (200) is placed in a pipe (311, 312, 313, 314) made in a hydraulic dam (300).

3. Device according to claim 2, characterized in that the vacuum outlet (240) of the Venturi tube (200) is placed in a restriction (220) made for this purpose in the pipe (311).

4. Device according to claim 2, characterized in that the vacuum outlet (240) of the Venturi tube (200) is placed in a restriction located downstream of a turbine (410) of the hydraulic dam, at the beginning of driving suction (411).

5. Device according to claim 2, characterized in that the vacuum outlet (240) of the Venturi tube (200) is placed at the end of the water supply pipe, or close to it, in the low pressure zone in the vicinity of the blades of the turbine (420).

6. Device according to claim 2 applied to a dam equipped with a Pelton turbine in which the flow from the water supply pipe is adjusted by means of a needle fixed to the end of a control rod. and mobile in a restriction, characterized in that the control rod (431) and the needle (430) are hollow and in communication with each other, the end of the needle opposite the control rod being open, and the control rod serving as a vacuum outlet to the Venturi tube.

7. Device according to claim 3, 4 or 5, characterized in that the vacuum outlet comprises a plurality of openings distributed on the periphery of the pipe.

8. Device according to claim 7, characterized in that the openings are placed in the same radial plane.

9. Device according to claim 1, characterized in that the Venturi tube is placed in a stream.

10. Device according to claim 1, characterized in that an air filter (500) is placed upstream of the vacuum outlet (240) of the Venturi tube.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device is provided with an air motor (100) connected to the vacuum socket (240).

12. Device according to the preceding claim, characterized in that the device is provided with a filter (500) placed in the air supply line of the motor (100).