CH290417A - Turbomachine hydraulique. - Google Patents

Description

      Turbomachine        hydraulique.       Lorsque, dans les turbomachines hydrau  liques on augmente la vitesse spécifique, les  valeurs relatives de diverses     vitesses    d'écoule  ment du fluide     augmentent    également, et pro  voquent     notamment    dans la région du moyeu,  des frottements     hydrauliques    qui, pour des       vitesses    spécifiques élevées, peuvent entraî  ner     une    perte de     puissance    considérable.

      La présente invention     vise    à remédier à  cet inconvénient en créant, à la     surface    des  parties centrales de la     machine        donnant    lieu  à ces frottements, un milieu de     densité    plus  faible que celle du     liquide    de travail-utilisé.  



  La turbomachine hydraulique objet de  l'invention, dont le corps central comporte  au moins un élément fixe et le moyeu de la  roue mobile, ce corps supportant- l'arbre de  turbine dont est solidaire cette roue et for  mant le canal d'écoulement avec le manteau  qui l'entoure, est caractérisée en ce qu'elle  comprend des moyens d'amenée d'un fluide  gazeux en     certains    points du corps central  pour réduire le frottement hydraulique ré  sultant du mouvement relatif dudit moyeu  par rapport audit élément fixe du corps cen  tral, ainsi que le frottement du liquide utilisé  par la turbomachine par rapport à au moins  une partie des diverses parois du corps cen  tral, en créant sur celle-ci une couche limite  de densité plus faible que celle du liquide.  



  Le dessin annexé représente, schématique  ment et à titre d'exemple, quatre formes d'exé  cution de la     turbomachine    objet de l'inven-         tion,    ces formes consistant en des     turbines          hydrauliques.     



  La     fig.    1 est     une    coupe d'une     turbine          dans    laquelle la roue est     fixée    en bout d'ar  bre et porte une ogive.  



  La     fig.    2 est une coupe d'une     turbine    sem  blable à celle de la     fig.    1, mais dans laquelle  l'ogive est fixe.  



  La     fig.    3 monte     une    variante de la tur  bine représentée en     fig.    2.  



  La     fig.    4 est     une    vue en coupe d'une tur  bine dans laquelle l'ogive est placée à l'amont  de la roue.  



  Les     différentes    turbines représentées an  dessin comprennent toutes un manteau ou  conduit 1, un arbre 2, un corps central qui  comporte une enveloppe-support 4, un moyeu  6 d'une roue mobile 3 et une ogive 5.     L'enve-          loppe-support    4 supporte et maintient l'arbre  2 en position axiale dans le conduit 1 et l'ar  bre 2 porte le moyeu 6.  



  En outre, toutes ces turbines     comprennent     des moyens d'amenée d'un fluide gazeux, en       l'occurence    de l'air, en certains points du corps  central, cet air étant destiné à réduire le frot  tement hydraulique résultant du mouvement  relatif du moyeu 6 par rapport à au moins  une partie des éléments fixes du corps cen  tral, c'est-à-dire l'enveloppe-support 4 et dans  certains cas, l'ogive 5, comme aussi le frotte  ment de l'eau par rapport à au moins une  partie du moyeu et de l'ogive.  



  Dans ces différentes formes d'exécution,  les moyens d'amenée de l'air comprennent des      conduites 7 traversant le conduit 1 et abou  tissant sur au moins     l'un    des éléments fixes  du corps central.  



  A la     fig.    1, les conduites 7 traversent     ra-          dialement    le conduit 1 dans des supports pro  filés 8. L'air amené remplit d'abord une cham  bre annulaire 9 disposée entre un palier 10 et  l'extrémité de l'enveloppe-support 4, ce qui  protège le palier 10 contre toute pénétration  d'eau. De cette chambre 9, l'air peut s'échap  per à travers l'espace 11 prévu entre la face  12 du moyeu 6 et la face adjacente de     l'en-          veloppe-support    4.

   A sa sortie de cet espace  11, l'air et le liquide     utilisé    dans la turbine,  par exemple de l'eau, forment un mélange  de densité plus faible que l'eau, constituant  -une couche limite sur au moins une partie des  diverses parois du corps central, clans le cas  particulier sur le moyeu 6 et l'ogive 5 qui lui  est solidaire.  



       Dans    certains cas et suivant le débit d'air,  cette couche limite peut avoir plusieurs milli  mètres d'épaisseur.  



  Pour amener l'air au corps central de la  turbine, on peut soit disposer celle-ci à     un     niveau supérieur au niveau     aval    de l'eau en  un point choisi de manière que la pression  régnant dans l'espace 11 soit inférieure  à la pression atmosphérique, l'air étant  de ce fait simplement aspiré dans le  corps central par l'écoulement liquide, soit  prévoir     un    compresseur qui envoie de l'air  sous pression dans le corps central. Dans ce  dernier cas, il est donc possible, lors de l'ar  rêt de la turbine, de faire fonctionner le com  presseur de façon à empêcher toute pénétra  tion d'eau dans la chambre 9 et dans le pa  lier 10.  



  La turbine     représentée    à la     fig.    2 com  prend les mêmes organes que celle représen  tée en     fig.    1. Cependant, dans cette dernière  turbine, l'ogive 5 est fixe. De ce fait, un  espace 13 existe entre la face 14 du moyeu de  la roue et la face adjacente de l'ogive 5. La  première amenée d'air de la paroi du conduit  1 dans la chambre. 9 est complétée d'une se  conde amenée d'air comprenant un second  groupe de conduites 7 traversant le conduit    1 dans des supports profilés 15 maintenant  l'ogive 5     dans    l'axe du conduit 1.

   Ainsi, une  première partie de l'air amené dans le corps  central remplit la chambre 9 et l'espace 11  alors qu'une autre partie de cet air remplit  l'ogive 5 et     pâsse    dans l'espace 13 par un  trou 17. De ce fait, tout frottement hydrau  lique entre le moyeu 6 et les éléments fixes  4 et 5 est écarté. L'air sortant des espaces  11 et 13 se mélange à l'eau et forme ladite  couche limite recouvrant les parois extérieu  res du moyeu 6 et de l'ogive 5.  



  Dans cette seconde forme d'exécution, des  parties du moyeu 6 et des éléments fixes 4  et 5, voisins des espaces 11 et 13, présentent.  des renflements 16 rétrécissant le canal  d'écoulement et provoquant de ce fait une       augmentation    de la vitesse     d'écoulement    de  l'eau en ces points, de façon à augmenter  l'effet d'aspiration dû à cet écoulement.  



  En variante, ces renflements 16 pourraient  être remplacés par d'autres conformations  locales du canal d'écoulement produisant le  même effet.  



  - Dans la variante d'exécution représentée  à la     fig.    3, on retrouve, comme à la     fig.    2,  l'ogive fixe 5, maintenue par les supports pro  filés 15 dans lesquels passent les conduites 7.  Cependant, dans cette variante d'exécution  tout l'air amené au corps central passe par  les conduites 7 et le trou 17 de l'ogive 5. Une  partie de cet air s'échappe par l'espace 13  vers le canal d'écoulement, alors que le reste  passe par     tin    orifice 18 de la paroi 14 du  moyen 6 et par des canaux 19 du moyeu 6  pour arriver dans l'espace 11 d'où il s'échappe  pour former ladite couche limite sur la paroi  extérieure du moyeu 6 et de l'ogive 5. Les  canaux 19 du moyeu 6 sont disposés de façon  telle que le moyeu 6 forme roue de compres  seur et chasse l'air dans l'espace 11.

    



  A la     fig.    4, la turbine représentée est du  même genre que celle représentée à la     fig.    3.  Cependant, dans cette dernière forme d'exé  cution, l'enveloppe-support 4 est disposée à  l'aval de la roue 3 dans le conduit d'écoule  ment, et l'ogive 5 est placée à l'amont. Ainsi,  pour obtenir une couche limite de     densité         inférieure à celle de l'eau sur toute l'ogive 5,  il est prévu un orifice 20 à la pointe de l'ogive  5. De ce fait, une partie de l'air amené dans  l'ogive 5 par les conduites 7 sort par cet ori  fice et forme ladite couche limite alors que le  reste de l'air se partage en deux parts, l'une  s'échappant par l'espace 13 et l'autre par l'es  pace 11, comme dans la forme d'exécution  représentée en     fig.    3.

    



  En variante, les turbines représentées aux       fig.    1 et 2 pourraient, elles aussi, être inver  sées dans le conduit 1, de façon que leur ogive  5 soit disposée à l'amont de la roue 3 et leur       enveloppe-support    4 à l'aval. Il suffirait de  prévoir, dans les     deux    cas, un orifice 20 à la  pointe de l'ogive 5. En     phis,    dans le cas re  présenté à la     fig.    1, où l'ogive 5 est solidaire  du moyeu 6 de la roue 3, ce moyeu devrait  être percé de canaux 19     permettant    à l'air  de passer de la chambre 9 dans l'intérieur  de l'ogive 5.  



  En outre, dans toutes les formes d'exécu  tion ci-dessus décrites, les supports 8 et 15  pourraient être utilisés au moins en     partie     comme aubes directrices fixes ou réglables.  Dans ce dernier cas, les conduites 7 devraient  donc passer dans l'axe de pivotement     desdites     aubes.  



  En variante encore, les conduites 7 pour  raient être remplacées soit par une seule con  duite prévue à l'intérieur de l'arbre 2 suppor  tant la roue 3, soit par une conduite fixe par  rapport au conduit 1, située dans le même  axe que l'arbre 2, dans le prolongement de  l'ogive 5. Cette conduite amenant l'air au  corps central de la turbomachine pénétrerait  dans l'ogive 5, par exemple, par un orifice,  tel que l'orifice 20.  



  Dans les formes d'exécution décrites, il a  toujours été question de turbines hydrauli  ques. Toutefois, il est bien entendu que l'in  vention peut être appliquée à d'autres     turbo-          machines    dans lesquelles le liquide de travail  est autre que de l'eau, et le fluide gazeux  autre que de l'air.  



  On pourrait, par exemple, construire des  pompes présentant les caractères revendiqués,  pompes pouvant être utilisées aussi bien pour    le pompage d'eau que pour le pompage d'au  tres liquides, comme c'est le cas par exemple       dans    l'industrie chimique.

Claims (1)

1. REVENDICATION: Turbomachine hydraulique, dont le corps central comporte au moins un élément fixe et le moyeu de la roue mobile, ce corps sup portant l'arbre de turbine dont est solidaire cette roue et formant le canal d'écoulement avec le manteau qui l'entoure, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'amenée d'un fluide gazeux en certains points du corps central pour réduire le frottement hy draulique résultant du mouvement relatif du- dit moyeu par rapport audit élément fixe du corps central, ainsi que le frottement du li quide utilisé par la turbomachine par rap port à au moins une partie des diverses pa rois du corps central, en créant sur celle-ci une couche limite de densité plus faible que celle du liquide. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Turbomachine selon la revendication, dans laquelle ladite roue est disposée au voi sinage d'une extrémité dudit arbre et dans laquelle le corps central présente un élément fixe formé par une enveloppe-support sup portant cet arbre, caractérisée en ce que les dits moyens comprennent au moins une con duite, qui amène le fluide gazeux dans l'en- veloppe-support, d'où ledit fluide passe entre l'une des faces du moyeu de la roue et la face adjacente de l'enveloppe-support. 2. Turbomachine selon la revendication et la sous-revendication 1, caractérisée en ce que ladite enveloppe-support est située à l'amont de la roue.

   3. Turbomachine selon la revendication et la sous-revendication 1, caractérisée en ce que ladite enveloppe-support est située à l'aval de la roue dans le conduit d'écoulement. 4. Turbomachine selon la revendication et la sous-revendication 1, dont le corps central comprend un autre élément fixe consistant en une ogive fixe adjacente au moyeu de la roue, caractérisée en ce que lesdits moyens comprennent au moins une autre conduite, qui amène une partie du fluide gazeux dans cette ogive fixe, d'où ce fluide passe entre l'autre des faces du moyeu de la roue et la face adjacente de l'ogive. 5.

   Turbomachine selon la revendication et les sous-revendications 1, 2 et 4, caractérisée en ce que ladite ogive est située à l'aval de la roue. 6. Turbomachine selon la revendication et les sous-revendications 1, 3 et 4, carac térisée en ce que ladite ogive est située à l'amont de la roue, son extrémité antérieure étant percée pour permettre au fluide ga zeux de s'échapper et former une couche li mite de densité plus faible que celle du liquide sur les parois extérieures de l'ogive.

   7. Turbomachine selon la revendication, dont le corps central comprend deux éléments fixes formés l'ai par une enveloppe-support et l'autre par une ogive fixe, cette enveloppe support portant ledit arbre, caractérisée en ce que lesdits moyens comprennent au moins -une conduite, qui amène le fluide gazeux dans l'ogive, -une partie de ce fluide gazeux passant ensuite entre l'une dés faces du moyeu de la roue et la face adjacente de l'ogive, une autre partie de ce fluide traver sant le moyeu par des canaux prévus dans ce dernier et s'échappant entre l'autre face de ce moyeu et la face adjacente de l'enveloppe- support. 8.

   Turbomachine selon la revendication et la sous-revendication 7,. caractérisée en ce que l'ogive est située à l'aval de la roue. 9. Turbomachine selon la revendication et la sous-revendication 7, caractérisée en ce que l'ogive est située à l'amont de la roue, l'enve- loppe-support étant disposée dans le conduit d'écoulement. 10. Turbomachine selon la revendication et la sous-revendication 7, caractérisée en ce que lesdits canaux du moyeu de la roue sont disposés de façon telle qu'ils agissent comme ceux d'un compresseur. 11.

   Turbomachine selon la revendication, -caractérisée en ce que le canal d'écoulement du liquide entre le manteau et le corps cen- tral est disposé de telle manière que le fluide gazeux soit aspiré vers lesdits points du corps central par l'écoulement liquide. 12. Turbomachine selon la revendication et la sous-revendication 11, caractérisée en ce que ledit canal d'écoulement du liquide pré sente des conformations locales agencées pour augmenter l'effet d'aspiration au voisinage desdits points. 13. Turbomachine selon la revendication et les sous-revendications 11 et 12, caracté risée en ce que des parties du moyeu et dudit.

   élément fixe voisines desdits points présentent des renflements provoquant une augmenta tion de la vitesse d'écoulement du liquide en ces points, de façon à augmenter l'effet d'as piration. 14. Turbomachine selon la revendication et la sous-revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une chambre annulaire formée dans l'enveloppe-support entre au moins un palier supportant l'arbre et la face adjacente au moyeu de la roue, le fluide gazeux passant dans ladite chambre avant de s'échapper entre les faces adjacentes du moyeu de la roue et de l'enveloppe-support, de façon à éviter toute pénétration du liquide vers ledit palier. 15.

   Turbomachine selon la revendication et les sous-revendications 1 et 4, caractérisée en ce que lesdites conduites passent chacune dans un support profilé traversant le canal d'écoulement du liquide. 16. Turbomachine selon la revendication et les sous-revendications 1, 4 et 15, caracté risée en ce que plusieurs conduites traversent r adialement le canal d'écoulement du liquide. 17. Turbomachine selon la revendication et les sous-revendications 1, 4, 15 et 16, ca ractérisée en ce qu'au moins certains desdits supports sont agencés pour former des aubes directrices pour l'écoulement liquide. 18.

   Turbomachine selon la revendication, caractérisée en ce que lesdits moyens d'ame née du fluide gazeux comprennent au moins un dispositif de réglage du débit de fluide gazeux. 19. Turbomachine selon la revendication, caractérisée en ce que lesdits moyens com prennent un compresseur permettant, même à l'arrêt de la turbomachine, d'éviter des in filtrations d'eau clans lesdits points du corps central. 20. Turbomachine selon la revendication, caractérisée en ce que lesdits moyens com prennent une conduite d'amenée disposée au moins en partie dans l'axe du corps central.