Machine hydraulique La présente invention a pour objet une machine hydraulique comprenant une roue à pales orientables, susceptibles d'être amenées transversalement au courant d'eau et munie d'un frein permettant d'assurer l'arrêt de la machine lorsque son couple moteur a été amené à une certaine valeur.
La machine selon l'invention est caractéri sée en ce que l'axe de pivotement des pales est disposé de manière que celles-ci, sous l'action de l'eau, aient tendance à se placer d'elles- mêmes transversalement au courant d'eau, le frein étant lui-même commandé par lesdites pales pour entrer en action lorsque celles-ci ar rivent à une position transversale correspon dant à une valeur du couple moteur voisine de zéro.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la ma-' chine hydraulique conforme à l'invention, en coupe axiale.
La machine hydraulique représentée au des sin est formée d'une turbine munie en l'occur rence d'une roue Kaplan 1 à axe de rotation horizontal. Cette roue 1 tourne dans un canal cylindrique 2 et est munie de pales orientables 3. Les tourillons 4 de ces pales 3 sont disposées de manière. que, sous l'effet de la pression d'eau, les pales 3 tendent à se placer automa tiquement transversalement au courant d'eau en freinant ainsi au maximum le débit d'eau dans le canal 2. En effet, la surface active de la partie de chaque pale 3 située en amont du prolongement de l'axe géométrique de rotation des tourillons 4 (c'est-à-dire celle qui comprend le bord d'attaque de la pale) est plus grande que la surface active de la partie de chaque pale 3 située en aval dudit axe géométrique du tourillon 4.
Il en résulte que, sous l'effet de la pression de l'eau, les pales 3 tendent à se rap procher de plus en plus de la position dans la quelle elles ferment au maximum le canal d'écoulement de .l'eau à travers la machine.
Cette roue 1 est portée par un axe 5, tour nant dans un palier 6, supporté par un bâti 7, monté sur des bras 8 constituant eux-mêmes un distributeur fixe de l'eau dans la turbine.
Ce bâti 7 constitue une chambre étanche, immergée dans le courant d'eau et dans la quelle est disposé un générateur électrique 9. A cet effet, le stator 10 de ce générateur est porté par le bâti 7 et son rotor 11 est rendu solidaire de l'axe 5 de la turbine par un axe tubulaire 12, rendu lui-même solidaire de l'axe 5 par des goujons 13. Un palier de butée est disposé en 14 pour supporter les efforts axiaux agissant sur les parties rotatives du groupe.
. Le mécanisme de commande des pales orientables 3 comprend une tige 15, coulissant selon l'axe de rotation de la roue 1 et du rotor 11. Cette tige 15 porte à une de ses extrémités un croisillon 16 auquel sont articulées des biel- lettes 17, articulées, d'autre part, elles-mêmes à un levier 18, claveté sur chacun des touril lons 4 des pales 3. La tige 15 porte en outre un piston 19 susceptible de coulisser dans un cylindre 20 prévu dans la partie centrale du rotor 11. Ce cylindre 20 est fermé du côté gau che par un flasque 21, portant dans sa partie centrale les coussinets 22 d'un second palier du groupe.
Ces coussinets 22 portent sur un tourillon 23 supporté lui-même par un flasque 24, disposé transversalement dans la chambre étanche entourant le générateur électrique. Dans sa partie centrale, ce flasque 24 porte un tambour 25 sur le fond duquel est fixée une garniture en matière de friction 26. Un disque 27 constituant un frein pour les parties rota tives du groupe est claveté au voisinage de l'ex trémité gauche de la tige 15. Ce disque 27, qui est solidaire en rotation de la roue 1, est des tiné à être entrainé en déplacement axial par la tige 15 pour être amené en contact avec la gar niture 26 lorsque les pales 3 sont disposées transversalement au courant d'eau.
Les déplacements axiaux du piston 19 en vue de la commande de l'orientation des pales 3 sont provoqués par pression d'huile agissant sur les deux faces du piston 19. A cet effet, des conduites 28 et 29 mettent en communi cation l'espace 30, respectivement 31, du cy lindre 20 avec un distributeur non représenté et situé au dehors de la chambre étanche 7. Comme le montre le dessin, ces conduites 28 et 29 passent dans une gaine 32 par laquelle passent également les câbles conducteurs de courant électrique 33 de même qu'un ruban 34 d'asservissement du distributeur à la tige de commande 15 des pales 3. En effet, cette tige 15 porte à son extrémité gauche une bague 35, dans laquelle peut tourner librement un an neau 36 articulé à un levier d'asservissement 37 pivoté en 38 par rapport au bâti-fixe du groupe.
Le ruban 34 est accroché à l'extrémité 39 dudit levier d'asservissement 37. En outre, un carter fixe 40 entoure l'arbre creux 12 et le côté correspondant du rotor 11 de la géné ratrice. Comme on le voit sur le dessin, l'alimenta tion en huile sous pression de l'espace 30 à partir. de la conduite 28 se fait par l'intermé diaire d'un canal 41, prévu dans le flasque 24 et d'un canal 42 percé dans la tige 15. L'es pace 31 du cylindre 20 est en communication avec la conduite 29 par l'intermédiaire d'un canal 43 percé dans le tourillon 23 et le flas que 24.
Le fonctionnement de la machine décrite en regard du dessin annexé est le suivant En marche normale, de l'huile sous pres sion est envoyée dans l'espace 30 par la con duite 28 pour agir sur le piston 19 et contre carrer l'effort de l'eau qui tend à faire pivoter les pales 3 pour les amener en position trans versale dans le canal 2. Bien entendu, la mar che de la machine est alors contrôlée de manière connue par un régulateur non repré senté, situé hors de la chambre étanche 7 à proximité du distributeur d'huile sous pression. Les fuites d'huile s'échappant de l'espace 30 du cylindre 20 et passant entre l'arbre 5 et la tige 15 sont utilisées pour lubrifier les paliers 6 et 14, ceci grâce à un canal 44, percé trans versalement dans l'arbre 5.
De même, les fuites d'huile à partir de l'espace 31 lubrifient le palier 22 du groupe. L'huile qui s'échappe par ces différentes fuites atteint la chambre 7 et s'échappe par la gaine 32 vers un réservoir de récupération. Ce réservoir de récupération, le distributeur à - tiroir, la pompe fournissant l'huile sous pression de même que le régula teur sont disposés dans le local de l'usine con tenant les organes de commande du groupe hydroélectrique.
Lorsqu'on veut amener les pales 3 de la roue 1 en position de fermeture, on envoie de l'huile sous pression par l'intermédiaire du dis tributeur et de la conduite 29 dans l'espace 31 du cylindre 20. Simultanément, le distributeur met à l'échappement par l'intermédiaire de la conduite 28 l'huile contenue dans l'espace 30 dudit cylindre 20. Les pales 3 se ferment alors sous l'action conjuguée de la poussée hydrau lique et de la pression d'huile agissant sur la face amont du piston 19. Si l'on a l'intention de provoquer l'arrêt du groupe hydroélectri que, la pression d'huile est envoyée dans l'es pace 31 jusqu'à ce que les pales 3 se placent transversalement dans le canal 2. Lorsqu'elles atteignent cette position, le disque 27 vient frotter contre la garniture 26 pour finalement bloquer les parties rotatives du groupe.
Comme on le voit de la description qui précède, il n'est pas obligatoire d'envoyer de l'huile sous pression dans l'espace 31 pour pro voquer l'arrêt du groupe. En effet, même en cas d'avarie survenant à la pompe fournissant l'huile sous pression, il suffit de mettre l'espace 30 à l'échappement pour qu'automatiquement la poussée hydraulique, agissant sur les pales 3, provoque la fermeture progressive de celles- ci et simultanément l'entrée en action du frein 26, 27, destiné à bloquer la roue 1 et le rotor 11 de la génératrice.
Cette construction a l'avantage de permet tre la suppression de toute vanne située à l'amont du groupe dans le canal d'amenée d'eau.
La construction de l'usine hydroélectrique est de ce fait simplifiée et tout particulièrement avantageuse pour l'équipement de basses et moyennes chutes d'eau.
De nombreuses modifications de construc tion pourraient être apportées à la construction de la forme d'exécution représentée au dessin. Par exemple, la commande de l'orientation des pales 3, au lieu de se faire par pression d'huile, pourrait aussi se faire par voie mécanique pure. De même, la génératrice 9, au lieu d'être dis posée dans une chambre étanche 7 noyée dans le courant d'eau, pourrait être disposée dans un puits communiquant par le haut avec le local contenant les organes de commande du groupe. En variante encore, ladite génératrice 9, au lieu d'être disposée à l'amont de la roue 1 par rapport au courant d'eau, pourrait être placée à l'aval de ladite roue.
Il est à noter que l'axe 5 pourrait entraîner directement une machine réceptrice quelcon que, par exemple .une pompe. La machine ré ceptrice pourrait être située hors de l'emplace- ment de la machine hydraulique. La machine hydraulique peut aussi être prévue pour fonc tionner en turbine et en pompe.
La présente invention comprend aussi bien une machine hydraulique dont le distributeur n'est fixe que si ce dernier est à aubes directri ces pivotantes.