FR3069031A1 - Turbine - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une turbine comprenant, entre deux supports, des voiles (26) motrices reliées à chaque extrémité à un organe de transmission comprenant une chaîne (40) ou une courroie formant une boucle fermée. La turbine comprend en outre des roues entraînées par les organes de transmission, dont au moins certaines sont montées libres en rotation sur les supports. Chaque voile est reliée à chaque organe de transmission par une liaison pivotante (62). La turbine comprend en outre une première pièce (66) fixée à la voile et adaptée à venir en butée contre un élément (60) fixé à l'organe de transmission lorsque la voile pivote d'un premier angle de débattement et une deuxième pièce (68) fixée à la voile et adaptée à venir en butée contre ledit élément lorsque la voile pivote par rapport à l'organe de transmission d'un deuxième angle de débattement en sens opposé.

Description

TURBINE
Domaine
La présente demande concerne un convertisseur d'énergie cinétique d'un fluide en énergie mécanique, notamment un convertisseur qui transfère de l'énergie entre un fluide et un rotor et appelé turbine dans la suite de la description. Exposé de l'art antérieur
Il existe des turbines, notamment pour centrales hydroélectriques, qui utilisent l'énergie cinétique naturelle des cours d'eau. De telles centrales hydroélectrique sont appelées également hydroliennes. Elles demandent peu de travaux de génie civil et produisent une électricité qui varie avec le débit du cours d'eau. Elles présentent l'avantage d'entraîner un coût de fabrication et d'installation réduit par rapport à une centrale hydroélectrique associée à un barrage. En outre, elles ne perturbent pas la vie propre du cours d'eau. De plus, la conversion mécano-électrique des hydroliennes peut être réalisée hors de l'eau. Il peut être prévu que les turbines flottent sur le cours d'eau de façon à ne pas réaliser de fondations et à s'adapter à la variation naturelle du niveau d'eau.
Une turbine, notamment pour hydrolienne, comprend généralement des voiles, également appelées pales, qui entraînent en rotation un arbre lorsqu'elles sont immergées dans le cours
B15607 d'eau. Le déplacement des voiles peut être dû principalement à des forces de portance ou à des forces de traînée. La turbine est dite à flux axial lorsque le courant est parallèle à l'axe de rotation de l'arbre et à flux transverse lorsque le courant est perpendiculaire à l'axe de rotation de l'arbre.
Toutefois, les rendements des turbines existantes, notamment pour hydroliennes, peuvent être faibles. En outre, les structures des turbines et des hydroliennes existantes peuvent être complexes, ce qui entraîne des coûts de fabrication, d'installation et de maintenance élevés. En outre, pour certaines applications, les turbines existantes peuvent avoir un encombrement excessif, que ce soit en hauteur ou en largeur, ce qui n'est pas souhaitable.
Résumé
Un objet d'un mode de réalisation est de pallier tout ou partie des inconvénients des turbines, notamment pour hydroliennes, décrites précédemment.
Un autre objet d'un mode de réalisation est d'augmenter le rendement de la turbine.
Un autre objet d'un mode de réalisation est que la turbine ait une structure simple.
Un autre objet d'un mode de réalisation est de réduire l'encombrement de la turbine.
Ainsi, un mode de réalisation prévoit une turbine, destinée à être au moins partiellement immergée dans un écoulement d'un fluide, comprenant deux supports, au moins un flotteur relié aux supports, et, entre les supports, des voiles motrices reliées à chaque extrémité à un organe de transmission comprenant une chaîne ou une courroie formant une boucle fermée, la turbine comprenant en outre des roues entraînées par les organes de transmission, dont au moins certaines sont montées libres en rotation sur les supports, chaque voile comprenant un bord d'attaque et un bord de fuite et étant reliée à chaque organe de transmission par une liaison pivotante, la turbine comprenant en outre, pour au moins l'un des organes de transmission et pour
B15607 chaque voile, une première pièce fixée à la voile et adaptée à venir en butée contre un élément fixé à l'organe de transmission lorsque la voile pivote par rapport à l'organe de transmission d'un premier angle de débattement par rapport à un plan de référence dans un premier sens de rotation et une deuxième pièce fixée à la voile et adaptée à venir en butée contre ledit élément lorsque la voile pivote par rapport à l'organe de transmission d'un deuxième angle de débattement par rapport au plan de référence dans un deuxième sens de rotation opposé au premier sens de rotation.
Selon un mode de réalisation, l'écoulement de fluide est un cours d'eau.
Selon un mode de réalisation,, pour chaque voile, l'axe de rotation de la voile par rapport aux organes de transmission est situé dans la moitié de la voile du côté du bord d'attaque.
Selon un mode de réalisation, chaque voile est reliée mécaniquement aux supports seulement par l'intermédiaire des organes de transmission.
Selon un mode de réalisation, la turbine comprend des moyens pour modifier les premier et deuxième angles de débattement.
Selon un mode de réalisation, la turbine comprend, pour chaque support, des première et deuxième roues montées libres en rotation sur le support et une troisième roue reliée au support par un dispositif de maintien adapté à modifier la position de la troisième roue par rapport aux première et deuxième roues.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de maintien comprend un piston.
Selon un mode de réalisation, la turbine comprend au moins des première, deuxième et troisième zones de parcours dans lesquelles chaque organe de transmission s'étend de façon rectiligne, les bords d'attaque des voiles étant disposés de façon horizontale à 5° près au moins dans les première et deuxième zones de parcours, les voiles étant complètement immergées au moins sur une partie des première et deuxième zones de parcours.
B15607
Selon un mode de réalisation, les voiles sont émergées en totalité hors de l'écoulement de fluide dans la troisième zone de parcours.
Selon un mode de réalisation, la turbine comprend, en outre, des éléments de guidage adaptés à commander l'inclinaison des voiles lors de la pénétration des voiles dans l'écoulement de fluide.
Selon un mode de réalisation, les voiles sont adaptées, sous l'action des forces hydrodynamiques, à se cambrer vers l'aval par rapport à l'écoulement de fluide dans les première et deuxième zones de parcours.
Un autre mode de réalisation prévoit un système de récupération d'énergie cinétique d'un cours d'eau comprenant au moins une première turbine tel que définie précédemment et un convertisseur de l'énergie mécanique fournie par la première turbine en une autre forme d'énergie.
Selon un mode de réalisation, le convertisseur comprend un circuit hydraulique comprenant une première partie portée par le flotteur et une deuxième partie au sol hors du cours d'eau, la première partie comprenant au moins une pompe hydraulique adaptée à être entraînée par au moins l'une des roues et à mettre en circulation un fluide hydraulique dans le circuit hydraulique, la deuxième partie comprenant au moins un moteur hydraulique adapté à être entraîné par le fluide hydraulique.
Selon un mode de réalisation, le convertisseur comprend un régulateur du débit et/ou de la pression du fluide hydraulique atteignant le moteur hydraulique.
Selon un mode de réalisation, le convertisseur comprend un réservoir du fluide hydraulique et une première conduite reliant la pompe hydraulique au réservoir et dans laquelle le fluide hydraulique est destiné à circuler de la pompe hydraulique vers le réservoir, le moteur hydraulique étant situé sur la première conduite, le convertisseur comprenant, en outre, une deuxième conduite reliant la pompe hydraulique au réservoir et dans laquelle le fluide hydraulique est destiné à circuler de la
B15607 pompe hydraulique vers le réservoir, la perte de charge du fluide hydraulique sur la deuxième conduite étant inférieure à la perte de charge du fluide hydraulique sur la première conduite, le convertisseur comprenant en outre des vannes d'isolement avec actionneur adaptées à autoriser la circulation du fluide hydraulique dans la première conduite et interdire simultanément la circulation du fluide hydraulique dans la deuxième conduite et à interdire la circulation du fluide hydraulique dans la première conduite et autoriser simultanément la circulation du fluide hydraulique dans la deuxième conduite.
Selon un mode de réalisation, le système comprend en outre une deuxième turbine tel que définie précédemment et dans lequel le convertisseur est adapté à convertir l'énergie mécanique fournie par la deuxième turbine en ladite autre forme d'énergie. Brève description des dessins
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la figure 1 est une vue en perspective, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'une hydrolienne ;
la figure 2 est une vue en perspective, partielle et schématique, de la turbine de 1'hydrolienne de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue de dessus, partielle et schématique, d'une voile et des chaînes de la turbine représentée sur la figure 2 ;
les figures 4 et 5 sont des vues en perspective, partielles et schématiques, de modes de réalisation d'une voile de la turbine représentée en figure 2 ;
les figures 6 et 7 sont respectivement une vue de dessus et une vue de côté, partielles et schématiques, d'un mode de réalisation d'une chaîne de la turbine représentée en figure 2 ;
les figures 8, 9 et 10 sont des vues de côté, partielles et schématiques, d'un mode de réalisation de la liaison entre une voile et une chaîne de la turbine représentée en figure 2 ;
B15607 les figures 11 et 12 sont respectivement une vue en perspective et une vue de côté, partielles et schématiques, de la turbine représentée sur la figure 2 illustrant son fonctionnement ;
la figure 13 est une vue de côté d'une voile de la turbine de la figure 2 en fonctionnement ;
la figure 14 est une vue en perspective, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'une hydrolienne ;
les figures 15 et 16 sont des vues de côté, partielles et schématiques, d'autres modes de réalisation d'une turbine ;
les figures 17 et 18 sont des vues de côté, partielles et schématiques, d'un autre mode de réalisation d'une turbine à deux configurations d'utilisation différentes ;
la figure 19 est une vue schématique d'un mode de réalisation du convertisseur mécanique-électrique de
1'hydrolienne représentée en figure 1 ;
les figures 20 et 21 sont des vues de dessus schématiques de modes de réalisation d'une hydrolienne comprenant plusieurs turbines ; et la figure 22 est une vue plus détaillée du convertisseur mécanique-électrique illustré en figure 19.
Description détaillée
Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes avant, arrière, haut, bas, gauche, droite, etc., ou relative, tels que les termes dessus, dessous, supérieur, inférieur, etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes horizontal, vertical, etc., il est fait référence à l'orientation des figures ou à une turbine dans une position normale d'utilisation. Sauf précision contraire, les expressions approximativement, sensiblement, environ et de l'ordre de signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. En relation avec des directions ou des angles, les expressions approximativement, sensiblement, environ et de l'ordre de signifient à 10° près, de préférence à 5° près. De plus, seuls
B15607 les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention sont décrits et représentés sur les figures. Dans la suite de la description, les adjectifs amont et aval sont utilisés pour distinguer des éléments d'une turbine, notamment pour hydrolienne, immergée au moins partiellement dans un fluide par rapport au sens d'écoulement du fluide.
Dans la suite de la description, des modes de réalisation d'une turbine vont être décrits dans le cas d'une hydrolienne. Toutefois, la turbine selon les modes de réalisation décrits par la suite peut être utilisée pour d'autres applications, notamment pour réaliser une éolienne, une centrale de fabrication d'air liquide, un dispositif d'irrigation, une génératrice de courant continu et de façon générale tout dispositif nécessitant de l'énergie mécanique.
La figure 1 est une vue en perspective, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'une hydrolienne 10 pour cours d'eau, également appelé écoulement d'eau ou écoulement par la suite. L'hydrolienne 10 est adaptée à fournir une puissance électrique qui peut varier de 1 kW à 100 kW.
L'hydrolienne 10 comprend un organe de flottaison 12, destiné à flotter sur le cours d'eau et supportant une turbine 14 et un convertisseur d'énergie 16 entraîné par la turbine 14. Le convertisseur 16 peut être un convertisseur électromécanique adapté à transformer l'énergie mécanique fournie par la turbine 14 en énergie électrique. Le convertisseur électromécanique 16 peut alors être relié au réseau électrique. Le convertisseur électromécanique 16 peut être en totalité porté par l'organe de flottaison 12. A titre de variante, le convertisseur 16 peut se diviser en une premier partie et une deuxième partie, la première partie étant portée par l'organe de flottaison 12 et étant reliée à la deuxième partie qui est située sur la rive du cours d'eau. La première partie du convertisseur 16 peut être adaptée à transformer l'énergie mécanique fournie par la turbine 14 en énergie hydraulique. La première partie du convertisseur 16 fournit alors un fluide hydraulique alimentant la deuxième partie
B15607 du convertisseur qui comprend un moteur hydraulique entraînant un générateur électrique, le moteur hydraulique et le générateur hydraulique étant situés sur la rive du cours d'eau.
Selon un mode de réalisation, l'organe de flottaison 12 comprend deux flotteurs 20 disposés de part et d'autre de la turbine 14. A titre de variante, plus d'un flotteur est prévu de part et d'autre de la turbine 14. Les flotteurs 20 sont représentés de façon schématique par des parallélépipèdes en figure 1. Toutefois, les flotteurs 20 peuvent avoir d'autres formes. En particulier, chaque flotteur 20 peut avoir une section horizontale en forme de profil d'aile.
La figure 2 est une vue en perspective de la turbine 14. La turbine 14 comprend un bâti 22 qui, selon un mode de réalisation, comprend deux supports 24, correspondant par exemple à des plaques planes, reliés par des traverses 25. La turbine 14 comprend, entre les deux supports 24, N voiles motrices 26, où N est un nombre entier qui varie, par exemple, de 8 à 64. Selon un mode de réalisation, chaque voile motrice 26 comprend un bord d'attaque 28, un bord de fuite 30, par exemple un bord de fuite effilé, et deux extrémités latérales 32 opposées.
La turbine 14 comprend des roues montées libres en rotation sur les supports 24. Dans le présent mode de réalisation, pour chaque support 24, la turbine 14 comprend trois roues 34, 36, 38 montées libres en rotation sur le support 24, plus précisément une roue supérieure amont 34 située le plus à l'amont, une roue supérieure aval 36 située le plus à l'aval et une roue inférieure 38 située le plus bas. Les axes de rotation des roues 34, 36, 38 sont sensiblement parallèles. Selon un mode de réalisation, les axes de rotation des roues 34, 36, 38 sont sensiblement horizontaux. Pour chaque support 24, les roues 34, 36, 38 reliées au support 24 sont sensiblement situées dans un même plan. Selon un mode de réalisation, les axes de rotation des roues supérieures amont 34 sont confondus, les axes de rotation des roues supérieures aval 36 sont confondus et les axes de rotation des roues inférieures 38 sont confondus. La turbine 14
B15607 peut comprendre un arbre reliant les deux roues supérieures amont 34, les deux roues supérieures aval 36 et/ou les deux roues inférieures 38. Au moins l'une des roues 34, 36, 38, de préférence l'une des roues supérieures amont 34 ou l'une des roues supérieures aval 36, est reliée au convertisseur 16 par un système de transmission non représenté et entraîne le convertisseur électromécanique 16 lorsqu'elle est mise en rotation. De préférences, les deux roues supérieures amont 34 et/ou les deux roues supérieures aval 36 entraînent le convertisseur 16 par un système de transmission.
La turbine 14 comprend, pour chaque support 24, une chaîne 40, représentée de façon schématique sur les figures, formant une boucle fermée s'étendant autour des trois roues 34, 36, 38 et adaptée à entraîner en rotation les roues 34, 36, 38 lorsqu'elle est déplacée. A titre de variante, chaque chaîne 40 peut être remplacée par n'importe quel type d'organe de transmission, par exemple une courroie notamment une courroie plate, une courroie crantée, une courroie trapézoïdale, une courroie striée ou une courroie ronde (également appelée câble). Chaque support 24 peut comprend un carénage 41 qui protège les chaînes 40, les roues 34, 36, 38 et éventuellement les extrémités latérales 32 des voiles 26.
La figure 3 représente une vue de dessus de l'une des voiles 26 et des chaînes 40 situées de part et d'autre de la voile 26. On note E l'envergure de la voile 26 et Co la corde de la voile 26. Chaque voile 2 6 est reliée aux chaînes 40 à ses extrémités latérales 32. Selon un mode de réalisation, un arbre 42 s'étend au travers de la voile 2 6 et se projette de part et d'autre de la voile 26 depuis chaque extrémité latérale 32 de la voile 26. L'arbre 42 est relié à chaque chaîne 40 par un élément de liaison 44. Les éléments de liaison 44 permettent une rotation de la voile 2 6 par rapport aux chaînes 40 autour d'un axe de rotation P qui peut correspondre à l'axe de chaque arbre 42. Selon un mode de réalisation, l'axe de rotation P est sensiblement horizontal. Selon un mode de réalisation, l'axe de rotation P est
B15607 situé dans la moitié de la voile 26 du côté du bord d'attaque 28, de préférence dans le quart de la voile 2 6 contenant le bord d'attaque 28.
La figure 4 est une vue en perspective, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'une voile 26 dans lequel la voile 2 6 a une structure rigide et a, dans un plan vertical parallèle aux supports 24, une section droite en forme d'un profil d'aile biconvexe symétrique. A titre de variante, la voile peut avoir un profil d'aile biconvexe dissymétrique, un profil plan creux, ou un profil à double courbure. De préférence, l'épaisseur relative du profil est inférieure ou égale à 18 %. De préférence, pour chaque voile 26, le profil de la voile 26 est sensiblement constant sur la majeure partie de l'envergure E de la voile 26.
La figure 5 est une vue en perspective, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'une voile 26 dans lequel la voile 26 comprend un cadre 46 sur lequel est disposé un élément 48 fin et souple, par exemple une toile. Le cadre peut être composé par l'arbre 42, un montant arrière 50 s'étendant de façon parallèle à l'arbre 42 et des montants latéraux 52 reliant l'arbre 42 au montant arrière 50. Selon un mode de réalisation, la toile 48 est enroulée autour de l'arbre 42 et est enroulée autour du montant arrière 50.
Les figures 6 et 7 sont respectivement une vue de côté et une vue de dessus d'un mode de réalisation d'une partie de la chaîne 40 dans lequel la chaîne 40 comprend des maillons 54, deux maillons 54 étant représentés sur les figures 6 et 7. Chaque maillon 54 est articulé à chacune de ses extrémités par rapport au maillon adjacent de la chaîne 40 autour d'un axe 56. Chaque maillon 54 peut comprendre plusieurs éléments plats 58 et parallèles articulés à chaque extrémité sur l'axe 56. Aux moins certaines des roues 34, 36, 38 peuvent alors correspondre à des roues dentées dont les dents engrènent dans les maillons 54 de la chaîne 40. Selon un mode de réalisation, les maillons de la chaîne 40 sont autobloquants. Ceci signifie que lorsque des premier et deuxième maillons 54 de la chaîne 40, adjacents et articulés l'un
B15607 par rapport à l'autre, sont sensiblement alignés, un mouvement de rotation du premier maillon par rapport au deuxième maillon n'est possible que dans un seul sens de rotation. Lorsque chaque chaîne 40 est une chaîne à maillons autobloquants, les roues inférieures 38 peuvent ne pas être présentes.
Les figures 8, 9 et 10 sont des vues de côté, partielles et schématiques, d'un mode de réalisation de l'élément de liaison 44 entre la voile 26 et la chaîne 40. L'élément de liaison 44 est fixé à la chaîne 40. Lorsque la chaîne 40 a la structure représentée sur les figures 6 et 7, l'élément de liaison 44 peut être fixé à l'un des maillons 54 ou à l'un des axes 56 de la chaîne 40.
Selon un mode de réalisation, l'élément de liaison 44 comprend un socle 60 fixé à la chaîne 40. L'arbre 42 de la voile 26 est relié au socle 60 par une liaison pivotante 62, par exemple un palier lisse. La liaison pivotante 62 permet une rotation de l'arbre 42, et donc de la voile 26, par rapport au socle 60 autour de l'axe P comme cela est illustré par l'arc de cercle 64 à double flèche en figure 8. L'élément de liaison 44 comprend, en outre, un premier élément de butée 66 solidaire de l'arbre 42 et adapté à venir en butée contre le socle 60 lorsque la voile 26 pivote par rapport au socle 60 dans un premier sens de rotation jusqu'à atteindre un premier angle de débattement maximal comme cela est représenté en figure 9. L'élément de liaison 44 comprend, en outre, un deuxième élément de butée 68 solidaire de l'arbre 42 et adapté à venir en butée contre le socle 60 lorsque la voile 26 pivote par rapport au socle 60 dans un deuxième sens de rotation, opposé au premier sens de rotation, jusqu'à atteindre un deuxième angle de débattement maximal comme cela est représenté en figure 10.
Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième angles de débattement maximaux sont ajustables. Selon un mode de réalisation, le premier élément de butée 66 comprend une pièce 70 qui est commune avec le deuxième élément de butée 68 et qui est solidaire de l'arbre 42. Le premier élément de butée 66 comprend
B15607 en outre une tige filetée 72 montée dans une ouverture filetée prévue dans la pièce 70. Une extrémité de la tige 72 vient en contact avec le socle 60 lorsque le premier angle de débattement maximal est atteint. La position relative de la tige 72 par rapport à la pièce 70 peut être modifiée pour modifier le premier angle de débattement maximal. De façon analogue, le deuxième élément de butée 68 comprend en outre une tige filetée 74 montée dans une ouverture filetée prévue dans la pièce 70. Une extrémité de la tige 74 vient en contact avec le socle 60 lorsque le deuxième angle de débattement maximal est atteint. La position relative de la tige 74 par rapport à la pièce 70 peut être modifiée pour modifier le deuxième angle de débattement maximal.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 8, 9 et 10, l'ajustement des premier et deuxième angles de débattement maximal sont ajustables manuellement. A titre de variante, la turbine 14 comprend des actionneurs adaptés à modifier les premier et deuxième angles de débattement maximal en fonction de signaux de commande. Ceci permet une modification de des premier et deuxième angles de débattement maximal en cours de fonctionnement de la turbine 14.
En fonctionnement, la turbine 14 est immergée au moins partiellement dans un cours d'eau. Selon un mode de réalisation, les bords d'attaque 28 des voiles sont maintenus sensiblement horizontaux. Les voiles 2 6 immergées dans le cours d'eau sont, sous l'action de forces de portance, adaptées à entraîner le déplacement des chaînes 40.
Les figures 11 et 12 sont respectivement une vue en perspective et une vue de côté schématiques de la turbine 14 illustrant son fonctionnement. Sur les figures 11 et 12, les seuls éléments de la turbine 14 qui sont représentés de façon schématique sont certaines voiles 26 (trois en figure 11 et six en figure 12) , les roues 32, 34 et 36, les chaînes 40 et, sur la figure 11, les axes de rotation A, B et C respectivement des roues supérieures amont 34, des roues supérieures aval 36 et des roues inférieures 38. En outre, en figure 12, on a représenté par un
B15607 trait 7 6 la surface libre du cours d'eau 78 dans lequel est immergée partielle la turbine 14.
Dans la suite de la description, on appelle zone de parcours amont 80, l'espace parcouru par les voiles 26 lorsqu'elles sont situées sur les parties des chaînes 40 entre les roues supérieures amont 34 et les roues inférieures 38. On appelle en outre zone de parcours aval 82 l'espace parcouru par les voiles 26 lorsqu'elles sont situées sur les parties des chaînes 40 entre les roues inférieures 38 et les roues supérieures aval 36 et on appelle zone de parcours supérieure 84 l'espace parcouru par les voiles 26 lorsqu'elles sont situées sur les parties des chaînes 40 entre les roues supérieures aval 36 et les roues supérieures amont 34.
Comme cela apparaît sur la figure 12, dans le présent mode de réalisation, la zone de parcours supérieure 84 de la turbine 14 n'est pas immergée dans le cours d'eau 78. Les voiles 26 sont disposées de façon que, pour chaque voile 26, lorsque la voile 2 6 est située dans la zone de parcours amont 80, le bord d'attaque 28 de la voile 26 est plus bas que le bord de fuite 30 et que, lorsque la voile 26 est située dans la zone de parcours aval 82, le bord d'attaque 28 de la voile 26 est plus haut que le bord de fuite 30. Les forces de portance dues à l'écoulement 78 qui s'exercent sur les voiles 26 dans la zone de parcours amont 80 tendent à faire descendre les voiles 26 vers le fond du cours d'eau 78 selon la direction indiquée par la flèche 86. Les forces de portance dues à l'écoulement 78 qui s'exercent sur les voiles 26 dans la zone de parcours aval 82 tendent à faire remonter les voiles 26 à la surface du cours d'eau 78 selon la direction indiquée par la flèche 88.
Le parcours des voiles 26 comprend notamment trois zones critiques correspondant aux passages des roues 34, 36, 38. L'utilisation des éléments de liaison 44 décrits précédemment fait que les voiles sont libres en rotation par rapport aux chaînes aux passages des roues 34, 36, 38. On évite ainsi l'application d'un effort de freinage trop important sur les chaînes 40.
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On obtient donc un déplacement global de chaque chaîne 40 selon le sens inverse des aiguilles d'une montre en figure 12. Selon un mode de réalisation, le déplacement des chaînes 40 entraîne la mise en rotation des roues 32, 34, 36 et l'entraînement du convertisseur 16. Selon un mode de réalisation, la vitesse de déplacement de chaque chaîne 40 est supérieure à la vitesse moyenne de l'écoulement 78 dans la zone de parcours amont 80, de préférence comprise entre 1 à 2 fois la vitesse moyenne de l'écoulement 78 dans la zone de parcours amont 80.
Le coefficient de puissance K, qui correspond au rapport entre la puissance mécanique récupérée par la chaîne (sans tenir compte du rendement mécanique de transmission voiles-chaîne) et l'énergie cinétique pouvant être récupérée par le maître-couple de la turbine 14, est donné par la relation (1) suivante :
K = Pm / (0,5*p*S*V3) (1) où Pm est la puissance mécanique récupérée par la chaîne 40, S est le maître-couple de l'hydrolienne 10, p est la masse volumique de l'eau et V est la vitesse moyenne de l'écoulement 78 atteignant la zone de parcours amont 80. Le maître-couple S de la turbine 14 est sensiblement égal à deux fois l'aire du rectangle vertical dont la largeur est sensiblement égale à l'envergure E des voiles 2 6 et dont la hauteur, mesurée verticalement, est égale à la profondeur immergée de 1'hydrolienne 10. Les inventeurs ont mis en évidence par simulation qu'un coefficient de puissance K variant de 0,43 à 0,51 est obtenu lorsque la vitesse de la chaîne varie de 1 à 2 fois la vitesse de l'écoulement amont 88.
De façon avantageuse, le bord d'attaque 28 de chaque voile 2 6 dans la zone de parcours amont 80 et dans la zone de parcours aval 82 est sensiblement horizontal. Etant donné que dans les cours d'eau, le gradient de vitesse de l'écoulement est essentiellement vertical, la disposition horizontale des bords d'attaque 28 des voiles 26 permet que, pour chaque voile 26 dans la zone de parcours amont 80 et dans la zone de parcours aval 82, l'écoulement vu par la voile 2 6 a une vitesse sensiblement constante sur toute l'envergure E de la voile 26, ce qui augmente
B15607 ses performances hydrodynamiques. Les forces appliquées sur la voile 26 sont donc sensiblement constantes sur toute l'envergure E de la voile 26.
De façon avantageuse, le déplacement des voiles 26 sur la zone de parcours supérieure 84, illustré par la flèche 89 en figure 11, est réalisée hors de l'eau. Les voiles 26 sont alors seulement soumises à la traînée aérodynamique qui est nettement inférieure à la traînée hydrodynamique. Il n'y alors, de façon avantageuse, sensiblement pas de perte de puissance due au parcours des voiles 26 dans la zone de parcours supérieure 84. En outre, de façon avantageuse, il n'y a pas à prévoir de carénages protégeant contre l'écoulement 78 les voiles 26 situées dans la zone de parcours supérieure 84. La structure de 1'hydrolienne 10 est ainsi simplifiée.
La surface libre 76 de l'écoulement 78 crée un effet de confinement naturel qui réduit le développement de composantes de vitesse verticales de l'écoulement 78 à l'aval des voiles 26 situées dans la zone de parcours amont 80, ce qui est illustré en figure 12 par les flèches 90 et 92. De ce fait, la vitesse de l'écoulement 78 atteignant les voiles 26 dans la zone de parcours aval 82 est sensiblement horizontale.
Les dimensions de 1'hydrolienne 10 sont adaptées à l'application envisagée. Selon un mode de réalisation, l'angle formé par chaque chaîne 40 entre la zone de parcours amont 80 et la zone de parcours aval 82 est compris entre 60° et 120°. Selon un mode de réalisation, l'envergure E de chaque voile 2 6 est comprise entre 0,2 m et 3 m. Selon un mode de réalisation, la corde Co de chaque voile 26 est comprise entre E/5 et E/10. Selon un mode de réalisation, le diamètre de chaque roue 34, 36, 38 est compris entre Co et 4*Co. Selon un mode de réalisation, la profondeur immergée de la turbine 14 est comprise entre 0,5 m et 3 m, la limitation à 3 m provenant de la rareté des veines d'eau permettant de plus grandes profondeurs d'immersion.
Selon un autre de mode de réalisation, la zone de parcours supérieure 84 est immergée dans l'écoulement 78 à
B15607 proximité de la surface libre 76 de l'écoulement 78, les chaînes 40 étant orientées sensiblement de façon horizontale dans la zone de parcours supérieure 84. Dans ce cas, dans la zone de parcours supérieure 84, les voiles 26 remontent le courant. L'effet de confinement dû à la surface libre 76 de l'eau fait que l'écoulement vu par les voiles 26 dans la zone de parcours supérieure 84 est sensiblement horizontal. Pour réduire la traînée hydrodynamique de l'écoulement 78 sur les voiles 2 6 dans la zone de parcours supérieure 84, les voiles 26 sont sensiblement maintenues horizontales dans la zone de parcours supérieure 84. Cet effet d'auto-confinement permet de s'affranchir de carénage pour protéger la remontée du courant des voiles 26.
La figure 13 est une vue de côté d'une voile 26 de la turbine 14 de la figure 2 dans la zone de parcours amont 80. La flèche 94 désigne la direction selon laquelle s'étend la chaîne 40 dans la zone de parcours amont 80. Sous l'action de l'écoulement 78, la voile 26 est maintenue par rapport aux chaînes 40 avec le premier angle de débattement maximal a. L'inclinaison β des chaînes 40 dans la zone de parcours amont 80 par rapport à un plan de référence vertical Ref est fixée par construction. L'inclinaison γ de la voile 26 par rapport au plan vertical Ref, qui est égale, à une constante près, à l'incidence de l'écoulement sur la voile 26, peut être commandée. De façon analogue, dans la zone de parcours aval 82, sous l'action de l'écoulement 78, la voile 26 est maintenue par rapport aux chaînes 40 avec le deuxième angle de débattement maximal. On commande ainsi l'incidence de l'écoulement sur la voile 2 6 dans la zone de parcours aval 82. Selon un mode de réalisation, l'incidence de l'écoulement sur les voiles 26 dans la zone de parcours amont 80 est différente de l'incidence de l'écoulement 78 sur les voiles 26 dans la zone de parcours aval 82, par exemple supérieure à l'incidence de l'écoulement 78 sur les voiles 26 dans la zone de parcours aval 82.
Selon un mode de réalisation, lorsque la voile 2 6 est située dans la zone de parcours supérieure 84, elle est maintenue
B15607 par rapport aux chaînes 40, sous l'action de son propre poids, avec le deuxième angle de débattement maximal. Selon un autre mode de réalisation, des roues ou galets supplémentaires, non représentés, sont disposés dans la zone de parcours supérieure 84 de sorte que les voiles 26 se déplacent, dans la zone de parcours supérieure 84, sur ces roues ou galets et sont sensiblement horizontales.
De façon avantageuse, le changement de l'inclinaison de chaque voile 26 entre la zone de parcours amont 80 et la zone de parcours aval 82, entre la zone de parcours aval 82 et la zone de parcours supérieure 84 et entre la zone de parcours supérieure 84 et la zone de parcours amont 80 est obtenue par l'action de l'écoulement 78 ou la gravité sur la voile 2 6, la voile 2 6 pivotant librement par rapport aux chaînes 40 au niveau des liaisons pivotantes 62, de sorte que les frottements lors de ce pivotement sont réduits.
La figure 14 est une vue en perspective, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'une hydrolienne 100. L'hydrolienne 100 comprend l'ensemble des éléments de l'hydrolienne 10 représenté en figure 1 et comprend, en outre, des éléments de guidage 102 fixés à la traverse 25 située la plus en amont. Lors du pivotement des voiles 2 6 entre la zone de parcours supérieure 84 et la zone de parcours amont 80, les voiles 26 sous l'action de la force centrifuge viennent en appui contre les éléments de guidage 102. Ceci permet de commander l'inclinaison des voiles 26 pour que la pénétration des voiles 26 dans le cours d'eau 78 se fasse avec le moins de perturbations possibles de l'écoulement 78. Les éléments de guidage 102 peuvent être en un matériau rigide ou être en un matériau souple. De manière analogue, 1'hydrolienne 100 peut comprendre des moyens pour commander l'inclinaison des voiles 26 lorsqu'elles sortent de l'écoulement à la fin de la zone de parcours aval 82. Cette inclinaison peut être choisie pour minimiser le phénomène de succion de la voile par l'écoulement à la sortie de la voile hors de l'écoulement.
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La figure 15 est une vue de côté, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'une turbine 105 dans lequel, par rapport à la turbine 14 décrite précédemment, la turbine 105 ne comprend que la roue supérieure amont 34 et la roue supérieure aval 36. On appelle alors zone de parcours inférieure 106 l'espace parcouru par les voiles 26 lorsqu'elles sont situées sur les parties des chaînes 40 s'étendant des roues supérieures amont 34 vers les roues supérieures aval 36. Les voiles 26 sont au moins en partie immergées dans l'écoulement 78 dans la zone de parcours inférieure 106 alors qu'elles sont de préférence émergées dans la zone de parcours supérieure 84. Les éléments de liaison 44 permettent de fixer l'angle d'inclinaison entre chaque voile 26 et les chaînes 40 dans la zone de parcours inférieure 106 et l'angle d'inclinaison entre chaque voile 26 et les chaînes 40 dans la zone de parcours supérieure 84. Si la zone de parcours inférieure 106 est suffisamment longue, la vitesse de déplacement des voiles 26 peut s'approcher de la vitesse de l'écoulement. On obtient alors un couplage longitudinal de la turbine 105 avec l'écoulement. Ceci permet notamment d'obtenir un couple mécanique élevé.
La figure 16 est une vue de côté, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'une turbine 110 dans lequel la turbine 110 comprend deux roues inférieures, une roue inférieure amont 38 et une roue inférieure aval 38'. La zone de parcours amont 80 s'étend alors entre la roue supérieure amont 34 et la roue inférieure amont 38 et la zone de parcours aval 82 s'étend entre la roue inférieure aval 38' et la roue supérieure aval 36. L'hydrolienne comprend, en outre, une zone de parcours inférieure 112 entre la roue inférieure amont 38 et la roue inférieure aval 38' .
Les figures 17 et 18 sont des vues de côté, partielles et schématiques, d'un autre mode de réalisation d'une turbine 115 à deux configurations d'utilisation différentes. La turbine 115 comprend l'ensemble des éléments de la turbine 14 à la différence que chaque roue inférieure 38 est reliée au support 24
B15607 correspondant par l'intermédiaire d'un dispositif de maintien 116 adapté à modifier la position de la roue inférieure 38 par rapport au support 24 correspondant. Le dispositif de maintien 116 peut comprendre un piston 118 comprenant un corps 120 et une tige 122 pouvant coulisser dans le corps 120. Le corps 120 est relié au support 24 par une liaison pivotante 124, par exemple d'axe parallèle aux axes de rotation des roues supérieures 34 et 36. La roue inférieure 38 est reliée par une liaison pivotante 126, par exemple d'axe parallèle aux axes de rotation des roues supérieures 34 et 36, à l'extrémité de la tige 122 opposée au corps 120.
La position relative de chaque roue inférieure 38 par rapport au support 24 auquel elle est reliée par le dispositif de maintien 116 peut être modifiée en modifiant l'inclinaison du piston 118 par rapport au support 24 et/ou en modifiant la longueur de la tige 122 en dehors du corps 120. Selon un mode de réalisation, la commande de l'orientation de chaque piston 118 par rapport au support 24 et/ou la commande de la longueur de la tige 122 en dehors du corps 120 peut être réalisée par des actuateurs. La longueur de la tige 122 en dehors du corps 120 est notamment ajustée pour obtenir la mise en tension souhaitée de la chaîne 40. Selon un mode de réalisation, les dispositifs de maintien 116 sont commandés de façon que les axes de rotation des roues inférieures 38 soient en permanence sensiblement confondus. Selon un mode de réalisation, en fonctionnement, l'angle de débattement maximal de chaque piston 118 par rapport au support 24 correspondant peut être de l'ordre de 25 °C. Selon un mode de réalisation, le débattement maximum de chaque roue inférieure 38 mesuré dans un plan horizontal est égal à l'entraxe entre les roues supérieures 34 et 36. Le déplacement de chaque roue inférieure 38 permet de modifier les angles d'inclinaison des chaînes 40 par rapport au plan de référence vertical Ref dans les zones de parcours amont et aval 80 et 82.
Le déplacement des roues inférieures 38 par rapport aux roues supérieures 34, 36 peut dépendre d'au moins un paramètre, par exemple la vitesse de l'écoulement 78 dans lequel est disposé
B15607 la turbine 115. Selon un mode de réalisation, chaque roue inférieure 38 est déplacée vers l'amont par rapport à la position dans laquelle la roue inférieure 38 est à égale distance des roues supérieures 34, 36, lorsque la vitesse de l'écoulement 78 augmente par rapport à la vitesse de l'écoulement 78 pour laquelle la roue inférieure 38 est à égale distance des roues supérieures 34, 36.
En figure 17, chaque roue inférieure 38 est sensiblement à égale distance des roues supérieures amont et aval 34, 36 reliées au même support 24.
En figure 18, la roue inférieure 38 est plus proche de la roue supérieure amont 34 que de la roue supérieure aval 36 reliées au même support 24.
La figure 19 est une vue schématique d'un mode de réalisation du convertisseur mécanique-électrique 16 de 1'hydrolienne 10 représentée en figure 1. Dans le présent mode de réalisation, le convertisseur 16 comprend un système mécanique de transmission 130, un circuit hydraulique 132 dans lequel circule un fluide hydraulique et un générateur électrique 134. Le système de transmission 130 est relié à au moins l'une des roues 34, 36, 38 de l'hydrolienne 10. Le générateur électrique 134 est par exemple relié au réseau électrique 136 ou alimente une charge quelconque.
Le circuit hydraulique 132 se divise en une première partie 138 située sur la structure flottante de 1'hydrolienne 10 et une deuxième partie 140 située au sol hors du cours d'eau 78. La première partie 138 du circuit hydraulique 132 comprend au moins une pompe hydraulique 142 de mise en circulation du fluide hydraulique, dont l'arbre d'entrée est relié au système mécanique de transmission 130 et la deuxième partie 140 du circuit hydraulique 132 comprend au moins un moteur hydraulique 144, entraîné par le fluide hydraulique, dont l'arbre de sortie est relié à l'arbre d'entrée du générateur électrique 134. Le circuit hydraulique 132 comprend, en outre, un régulateur 146 du débit et/ou de la pression du fluide hydraulique alimentant le moteur hydraulique 144 prévu de préférence au niveau de la deuxième
B15607 partie 140 du circuit hydraulique 132. La première partie 138 du circuit hydraulique 132 est reliée à la deuxième partie 140 du circuit hydraulique 132 au moins par une ligne HP de circulation du fluide hydraulique à haute pression et une ligne BP de circulation du fluide hydraulique à basse pression.
Le convertisseur mécanique-électrique 16 comprend, en outre, un module de traitement 148 recevant des signaux S fournis par des capteurs 150 et fournissant des signaux de commande COM au régulateur 146. Le module de traitement 148 peut correspondre à un circuit dédié ou peut comprendre un processeur, par exemple un microprocesseur ou un microcontrôleur, adapté à exécuter des instructions d'un programme d'ordinateur stocké dans une mémoire. Le régulateur 146 est adapté à modifier le débit et/ou la pression du fluide hydraulique atteignant le moteur hydraulique 144 en fonction des signaux de commande COM.
Les capteurs 150 peuvent comprendre notamment :
un capteur de la température de la pompe hydraulique
142 ;
un capteur de la température du moteur hydraulique 144 ;
un capteur de la température du générateur électrique 134 ;
un capteur de la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée de la pompe hydraulique 142 ;
un capteur de la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée du générateur électrique 134 ;
un capteur de la pression du fluide hydraulique sur la ligne HP ;
un capteur de la pression du fluide hydraulique sur la ligne BP ;
un capteur de la tension fournie par le générateur
électrique 134 ;
un capteur de 1' intensité du courant fourni par le
générateur électrique 134 f et
un capteur de la fréquence du courant fourni par le
générateur électrique 134
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En fonctionnement, l'arbre d'entrée de la pompe hydraulique 142 est entraîné en rotation, par l'intermédiaire du système de transmission 130, par au moins l'une des roues 34, 36, 38 de la turbine 14. La pompe hydraulique 142 met en circulation le fluide hydraulique dans le circuit hydraulique 132 qui à son tour entraîne le moteur hydraulique 144. La vitesse de rotation de l'arbre de sortie du moteur hydraulique 144 est commandée par le régulateur 146 en fonction des signaux de commande COM. L'arbre de sortie du moteur hydraulique 144 entraîne en rotation l'arbre d'entrée du générateur électrique 134 qui produit de l'énergie électrique qui peut être fournie au réseau électrique 136.
Un avantage du présent mode de réalisation du convertisseur 16 est que la deuxième partie 140 du circuit hydraulique 132 et le générateur électrique 134 sont situés au sol et peuvent donc être conçus indépendamment de la turbine 14 flottante.
Un autre avantage du présent mode de réalisation du convertisseur 16 est que les caractéristiques, notamment la tension moyenne et la fréquence, de l'énergie électrique produite par le générateur électrique 134 peuvent être commandées avec précision en partie indépendamment de l'énergie mécanique fournie par la roue 34, 36, 38 de la turbine 14. En particulier, l'énergie électrique produite par le générateur électrique 134 peut être adaptée en fonction de l'application visée. Selon un mode de réalisation, lorsque le générateur électrique 134 est relié au réseau électrique 136, la charge présentée au réseau électrique 136 par le générateur électrique 134 peut être adaptée aux besoins visés. Selon un exemple, le générateur électrique 134 peut être utilisé pour participer à une régulation de fréquence du réseau électrique 136. Selon un autre exemple, dans le cas où le générateur électrique 134 comprend une machine asynchrone à rotor induit et sa régulation, le générateur électrique 134 peut être utilisé pour participer à une régulation de la puissance réactive du réseau électrique 136.
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Selon un mode de réalisation, l'hydrolienne peut comprendre plusieurs turbines 14 qui sont utilisées simultanément et agencées à un même emplacement d'un cours d'eau pour former une ferme de turbines 14. Dans ce cas, le convertisseur mécanique/électrique 16 de 1'hydrolienne est de façon avantageuse adapté à convertir en énergie électrique l'énergie mécanique fournie par toutes les turbines de la ferme de turbines. A titre d'exemple, les turbines 14 peuvent être disposées les unes derrière les autres selon la direction de l'écoulement. En effet, chaque turbine 14 perturbe de façon avantageuse peu l'écoulement qui atteint la turbine suivante.
Les figures 20 et 21 sont des vues de dessus schématiques illustrant des modes de réalisation du convertisseur mécanique/électrique d'une hydrolienne comprenant une ferme de turbines.
En figure 20, on a représenté un hydrolienne 151 comprenant deux turbines flottantes 14 portant chacune le système mécanique de liaison 130 et la première partie 138 du circuit hydraulique 132 représenté en figure 19. Les lignes HP et BP des premières parties 138 du circuit hydraulique 132 sont reliées en parallèle à une seule deuxième partie 140 du circuit hydraulique 132.
En figure 21, on a représenté un hydrolienne 152 comprenant deux turbines 14 comprenant chacune le système mécanique de liaison 130, les systèmes mécaniques de liaison 130 entraînant chacune l'arbre d'entrée de la pompe hydraulique 142 d'une seule première partie 138 du circuit hydraulique 132.
Un avantage des modes de réalisation décrits précédemment est que le nombre de turbines 14 d'une même ferme peut facilement être augmenté ou réduit sans modification des éléments au sol du convertisseur 16.
La figure 22 est un schéma d'un mode de réalisation plus détaillé du circuit hydraulique 132 de la figure 19. En figure 22, la ligne en traits pointillés 153 représente la séparation entre la première partie 138 du circuit hydraulique 132 et la
B15607 deuxième partie 140 du circuit hydraulique 132. Le fluide hydraulique circule dans la ligne HP de la première partie 138 vers la deuxième partie 140 du circuit hydraulique 132 et le fluide hydraulique circule dans la ligne BP de la deuxième partie 140 vers la première partie 138 du circuit hydraulique 132.
Dans le présent mode de réalisation, la première partie 138 du circuit hydraulique 132 comprend deux pompes hydrauliques 142 entraînées via le système de transmission 130 par les deux roues supérieures amont 34 ou les deux roues supérieures aval 36 de 1'hydrolienne 10. Chaque pompe hydraulique 142 est reliée à la ligne haute pression HP, vers laquelle elle refoule le fluide hydraulique, par une conduite 154 et à la ligne basse pression BP, depuis laquelle elle aspire le fluide hydraulique, par une conduite 156.
Une vanne d'isolement avec actionneur 158 à deux voies et une vanne d'isolement manuelle 160 à deux voies sont disposées sur chaque conduite 154, la vanne d'isolement avec actionneur 158 étant plus proche de la pompe hydraulique 142 que la vanne d'isolement manuelle 160. Une vanne d'isolement avec actionneur 159 à deux voies et une vanne d'isolement manuelle 161 à deux voies sont disposées sur chaque conduite 156, la vanne d'isolement avec actionneur 159 étant plus proche de la pompe hydraulique 142 que la vanne d'isolement manuelle 161.
La deuxième partie 140 du circuit hydraulique 132 comprend une conduite 162 qui relie la conduite à HP à un réservoir 164 du fluide hydraulique. Le moteur hydraulique 144 entraînant le générateur électrique 134 est disposé sur la conduite 162. Le fluide hydraulique s'écoule au travers du moteur hydraulique 144 de la conduite HP vers le réservoir 164.
Sur la ligne BP du côté de la deuxième partie 140 du circuit hydraulique 132 sont prévus un échangeur de chaleur 166, un filtre 167 et une vanne d'isolement manuelle 168 à deux voies, la vanne d'isolement manuelle 168 étant plus proche de la première partie 138 que l'échangeur de chaleur 166 et le filtre 167. L'échangeur de chaleur 166 permet de refroidir le fluide
B15607 hydraulique et est, par exemple, un échangeur dans lequel le fluide de refroidissement est l'air. Le filtre 167 est adapté à filtrer le fluide hydraulique. Une conduite 170 relie la conduite BP au réservoir 164. Une pompe hydraulique 172 entraînée par un moteur électrique, non représenté, et une vanne d'isolement manuelle 174 à deux voies sont prévues sur la conduite 170, la pompe hydraulique 172 étant plus proche du réservoir 164 que la vanne d'isolement manuelle 174. Une autre conduite 176 relie la conduite BP au réservoir 164. Une pompe hydraulique 178 entraînée par le moteur hydraulique 144 et des vannes d'isolement manuelles 180 à deux voies, de part et d'autre du moteur hydraulique 144, sont prévues sur la conduite 176.
La première partie 138 du circuit hydraulique 132 est en outre reliée à la deuxième partie 140 du circuit hydraulique 132 par une conduite 182 qui est débouche dans le réservoir 134, le fluide hydraulique s'écoulant dans la conduite 182 de la première partie 138 vers la deuxième partie 140 du circuit hydraulique 132. Pour chaque pompe hydraulique 142, une conduite 184 relie la sortie de la pompe hydraulique 142 à la conduite 182. Une vanne d'isolement avec actionneur 186 à deux voies et un orifice calibré 188 sont prévus sur chaque conduite 184, la vanne d'isolement avec actionneur 186 étant plus proche de la pompe hydraulique 142 que l'orifice calibré 188.
La deuxième partie 140 du circuit hydraulique 132 comprend, en outre, une conduite 190 montée en parallèle sur la conduite 162 de part et d'autre du moteur hydraulique 144. Une vanne de régulation avec actionneur 192 à deux voies et un orifice calibré 194, entre deux vannes d'isolement manuelles 196 à deux voies, sont prévus sur la conduite 190. La vanne de régulation avec actionneur 192 est une vanne à ouverture ajustable graduellement entre une position totalement fermée et une position totalement ouverte. Une conduite 198 relie la conduite 162 en amont du moteur hydraulique 144 selon le sens de circulation du fluide hydraulique à la conduite 190 en aval de la deuxième vanne d'isolement manuelle 196 selon le sens de circulation du fluide
B15607 hydraulique. Une soupape de surpression 200 est prévue sur la conduite 198.
Selon le présent mode de réalisation, le circuit hydraulique 132 comprend en outre :
un capteur 202 de la température du fluide hydraulique en sortie de chaque pompe hydraulique 142 ;
un capteur 204 de la température du fluide hydraulique
sur la ligne HP ;
un capteur 206 de la température du fluide hydraulique
sur la ligne BP ;
un capteur 208 de la vitesse de : rotation de 1'arbre
d'entrée des pompes hydrauliques 142 ;
un capteur 210 de la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée du générateur électrique 134 ;
un capteur 212 de la pression du fluide hydraulique sur
la ligne HP f
un capteur 214 de la pression du fluide hydraulique sur
la ligne BP f
un capteur 216 de la température du fluide hydraulique
en aval < de 1 'orifice calibré 194 ; et
un capteur 218 du niveau du fluide hydraulique dans le
réservoir 164.
Le module de traitement 148 peut notamment recevoir les signaux fournis par tous les capteurs 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218 ou certains d'entre eux. Le module de traitement 148 peut commander l'ouverture ou la fermeture de toutes les vannes d'isolement avec actionneur et de la vanne de régulation avec actionneur 192 ou au moins de certaines d'entre elles.
Le circuit hydraulique 132 comprend en outre un accumulateur de pression 220 relié à la conduite 162 par une vanne d'isolement manuelle 222.
En fonctionnement, les vannes d'isolement manuelles 160, 161, 174, 180, 196 et 222 sont ouvertes. Elles ne sont fermées que pour des opérations d'installation et/ou de maintenance, notamment pour la réparation des pompes hydrauliques 142.
B15607
En fonctionnement normal, alors que les roues 34, 36, 38 de la turbine 14 sont entraînées en rotation par les chaînes 40 sous l'action de l'écoulement sur les voiles 2 6, les vannes d'isolement avec actionneur 186 sont fermées et les vannes d'isolement avec actionneur 158 et 159 sont ouvertes. Le fluide hydraulique est mis en circulation dans la conduite HP par les pompes hydrauliques 142 et entraîne le moteur hydraulique 144, qui à son tour entraîne le générateur électrique 134. Le fluide hydraulique est aspiré depuis le réservoir 164 dans la conduite BP et traverse le filtre 167 et le dispositif de refroidissement 166. La pompe hydraulique attelée 178 entraînée par le moteur hydraulique 144 assure également la mise en circulation du fluide hydraulique dans la ligne BP.
L'énergie électrique fournie par le générateur électrique 134 est régulée par la commande du débit du fluide hydraulique entraînant le moteur hydraulique 144. En effet, une augmentation de l'ouverture de la vanne de régulation avec actionneur 192 entraîne une diminution du débit du fluide hydraulique traversant le moteur hydraulique 144, le débit traversant le moteur hydraulique 144 étant minimal, voire nul, lorsque la vanne de régulation avec actionneur 192 est complètement ouverte. Une diminution de l'ouverture de la vanne de régulation avec actionneur 192 entraîne une augmentation du débit du fluide hydraulique traversant le moteur hydraulique 144, le débit traversant le moteur hydraulique 144 étant maximal lorsque la vanne de régulation avec actionneur 192 est complètement fermée.
Pour faciliter la mise en rotation des roues 34, 36, 38, notamment lors de la mise en place de l'hydrolienne dans l'écoulement, lors d'une phase de démarrage, les vannes 158 sont fermées au moins partiellement et les vannes 159 et 18 6 sont ouvertes. Le fluide hydraulique peut alors circuler en partie dans la conduite 182 qui présente une perte de charges moins importante que la ligne HP sur laquelle est disposé le moteur hydraulique 144, ce qui permet aux roues 34, 36 d'actionner les pompes
B15607 hydrauliques 142 avec une contrepression basse. Lorsque les roues 34, 36, 38 tournent normalement, les vannes 186 sont fermées progressivement et les vannes 158 sont ouvertes progressivement.
Des modes de réalisation particuliers ont été décrits.
En outre, diverses variantes et modifications apparaissent à l'homme de l'art. En particulier, les modes de réalisation du convertisseur mécanique-électrique 16 décrits précédemment en relation avec les figures 19 à 22 peuvent être mis en oeuvre avec les modes de réalisation de la turbine décrits précédemment en 10 relation avec les figures 14, 15, 16, 17 et 18.

Claims (16)

  1. REVENDICATIONS
    1. Turbine (14 ; 105 ; 110 ; 115), destinée à être au moins partiellement immergée dans un écoulement d'un fluide, comprenant deux supports (24), au moins un flotteur (20) relié aux supports, et, entre les supports (24), des voiles (26) motrices reliées à chaque extrémité à un organe de transmission comprenant une chaîne (40) ou une courroie formant une boucle fermée, la turbine comprenant en outre des roues (32, 34, 36) entraînées par les organes de transmission, dont au moins certaines sont montées libres en rotation sur les supports, chaque voile (26) comprenant un bord d'attaque (28) et un bord de fuite (30) et étant reliée à chaque organe de transmission par une liaison pivotante (62), la turbine comprenant en outre, pour au moins l'un des organes de transmission et pour chaque voile, une première pièce (66) fixée à la voile et adaptée à venir en butée contre un élément (60) fixé à l'organe de transmission lorsque la voile pivote par rapport à l'organe de transmission d'un premier angle de débattement par rapport à un plan de référence (Ref) dans un premier sens de rotation et une deuxième pièce (68) fixée à la voile et adaptée à venir en butée contre ledit élément lorsque la voile pivote par rapport à l'organe de transmission d'un deuxième angle de débattement par rapport au plan de référence (Ref) dans un deuxième sens de rotation opposé au premier sens de rotation.
  2. 2. Turbine selon la revendication 1, dans laquelle l'écoulement de fluide est un cours d'eau.
  3. 3. Turbine selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle, pour chaque voile (26), l'axe de rotation (P) de la voile par rapport aux organes de transmission (40) est situé dans la moitié de la voile du côté du bord d'attaque (28).
  4. 4. Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle chaque voile (26) est reliée mécaniquement aux supports (24) seulement par l'intermédiaire des organes de transmission (40).
    B15607
  5. 5. Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant des moyens (72, 74) pour modifier les premier et deuxième angles de débattement.
  6. 6. Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant, pour chaque support (24), des première et deuxième roues (34, 36) montées libres en rotation sur le support et une troisième roue (38) reliée au support par un dispositif de maintien (116) adapté à modifier la position de la troisième roue par rapport aux première et deuxième roues.
  7. 7. Turbine selon la revendication 6, dans laquelle le dispositif de maintien (116) comprend un piston (118).
  8. 8. Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant au moins des première, deuxième et troisième zones de parcours (80, 82, 84) dans lesquelles chaque organe de transmission (40) s'étend de façon rectiligne, les bords d'attaque (28) des voiles (26) étant disposés de façon horizontale à 5° près au moins dans les première et deuxième zones de parcours (80, 82), les voiles étant complètement immergées au moins sur une partie des première et deuxième zones de parcours.
  9. 9. Turbine selon la revendication 8, dans laquelle les voiles (26) sont émergées en totalité hors de l'écoulement de fluide (78) dans la troisième zone de parcours (84).
  10. 10. Turbine selon la revendication 9, comprenant, en outre, des éléments de guidage (102) adaptés à commander l'inclinaison des voiles (26) lors de la pénétration des voiles (26) dans l'écoulement de fluide (78).
  11. 11. Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle les voiles (26) sont adaptées, sous l'action des forces hydrodynamiques, à se cambrer vers l'aval par rapport à l'écoulement de fluide (78) dans les première et deuxième zones de parcours (80, 82) .
  12. 12. Système (10 ; 151 ; 152) de récupération d'énergie cinétique d'un cours d'eau (78) comprenant au moins une première turbine (14) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 et
    B15607 un convertisseur (16) de l'énergie mécanique fournie par la première turbine en une autre forme d'énergie.
  13. 13. Système selon la revendication 12, dans lequel le convertisseur (16) comprend un circuit hydraulique (132) comprenant une première partie (138) portée par le flotteur (20) et une deuxième partie (140) au sol hors du cours d'eau (78), la première partie comprenant au moins une pompe hydraulique (172) adaptée à être entraînée par au moins l'une des roues (32, 34, 36) et à mettre en circulation un fluide hydraulique dans le circuit hydraulique, la deuxième partie comprenant au moins un moteur hydraulique (144) adapté à être entraîné par le fluide hydraulique.
  14. 14. Système selon la revendication 13, dans lequel le convertisseur (16) comprend un régulateur (146) du débit et/ou de la pression du fluide hydraulique atteignant le moteur hydraulique (144) .
  15. 15. Système selon la revendication 14, dans lequel le convertisseur (16) comprend un réservoir (164) du fluide hydraulique et une première conduite (HP, 162) reliant la pompe hydraulique (142) au réservoir et dans laquelle le fluide hydraulique est destiné à circuler de la pompe hydraulique vers le réservoir, le moteur hydraulique (144) étant situé sur la première conduite, le convertisseur comprenant, en outre, une deuxième conduite (182, 184) reliant la pompe hydraulique au réservoir et dans laquelle le fluide hydraulique est destiné à circuler de la pompe hydraulique vers le réservoir, la perte de charge du fluide hydraulique sur la deuxième conduite étant inférieure à la perte de charge du fluide hydraulique sur la première conduite, le convertisseur (16) comprenant en outre des vannes (158, 159, 186) d'isolement avec actionneur adaptées à autoriser la circulation du fluide hydraulique dans la première conduite et interdire simultanément la circulation du fluide hydraulique dans la deuxième conduite et à interdire la circulation du fluide hydraulique dans la première conduite et
    B15607 autoriser simultanément la circulation du fluide hydraulique dans la deuxième conduite.
  16. 16. Système (151 ; 152) selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, comprenant en outre une deuxième turbine 5 (14) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 et dans lequel le convertisseur (16) est adapté à convertir l'énergie mécanique fournie par la deuxième turbine en ladite autre forme d'énergie.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US328496A (en) * 1885-10-20 Floating current-motor
US407123A (en) * 1889-07-16 Water-motor
US1522820A (en) * 1922-06-02 1925-01-13 Homola Victor Stream or current motor
US2379314A (en) * 1942-08-19 1945-06-26 Guy J Pepper Current motor
WO2013043057A1 (fr) * 2011-09-21 2013-03-28 Tidal Sails As Dispositif de suspension à aile auto-réglable

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US328496A (en) * 1885-10-20 Floating current-motor
US407123A (en) * 1889-07-16 Water-motor
US1522820A (en) * 1922-06-02 1925-01-13 Homola Victor Stream or current motor
US2379314A (en) * 1942-08-19 1945-06-26 Guy J Pepper Current motor
WO2013043057A1 (fr) * 2011-09-21 2013-03-28 Tidal Sails As Dispositif de suspension à aile auto-réglable

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