Installation de turbine hydraulique L'évolution actuelle de la construction des turbines hydrauliques montre que l'on cher che à construire des machines robustes pré sentant les meilleures qualités de fonctionne ment et de sécurité, ayant un rendement éner gétique excellent et permettant une réalisation de l'ensemble de l'installation la plus écono mique possible.
Ce dernier point joue aujourd'hui un rôle de plus en plus important, car le point de vue choisi est celui conduisant à la meilleure ren tabilité d'une installation complète, même si le rendement mécanique du groupe se trouve légèrement réduit. La considération des éco nomies réalisables sur les ouvrages du génie civil a influencé fortement la construction des groupes électrogènes dont le coût sera égale ment réduit.
Les constructeurs ont donc cherché ces dernières années à réaliser des groupes le plus court possible, et dans le cas des turbines Ka plan, hélice et Francis, par exemple, à axe vertical, au lieu de poser le pivot par l'inter médiaire d'un croisillon, sur le stator de l'al ternateur, ils l'ont mis sur le fond supérieur de la turbine.
Ce déplacement permet de réduire en hau teur le groupe, donc de réaliser des écono mies sur les ouvrages de génie civil et sur le groupe lui-même. Le montage du pivot sur le fond supérieur de la turbine va nécessairement modifier la construction de ce dernier élément qui doit, sans tensions et déformations exagérées, trans mettre le poids des masses tournantes du groupe et la résultante des poussées hydrauli ques à l'anneau des entretoises qui, en général, est scellé dans la maçonnerie.
Tous les constructeurs de turbines hydrau liques ont étudié et réalisé des fonds supérieurs de turbines suffisamment robustes pour assu rer une bonne transmission des charges pro venant de la pivoterie.
Les différentes solutions retenues consis tent à relier l'anneau central disposé au droit des patins du pivot et recevant la charge, à l'anneau des entretoises par des nervures ver ticales et radiales et des éléments de surfaces judicieusement disposés conférant au tout une solidité suffisante.
Ces solutions sont lourdes, elles présentent l'inconvénient de transmettre les charges par des poutres discontinues.
L'installation de turbine hydraulique selon l'invention est aussi du type indiqué ci-dessus, c'est-à-dire une installation dans laquelle les charges axiales du pivot sont transmises à une bride, scellée au moins en partie dans la ma çonnerie, par un fond de la turbine.
Cette installation est caractérisée par le fait que le fond de la turbine comprend des poutres continues réparties autour de l'arbre de la turbine et s'étendant d'un bord à l'autre du fond.
Le dessin annexé représente, schématique ment et à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'installation selon l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe axiale d'une turbine Kaplan à arbre vertical.
Les fig. 2 à 5 sont des vues en plan de diverses dispositions possibles des poutres con tinues dans l'installation selon la fig. 1.
La fig. 6 est une vue en coupe d'une autre forme d'exécution de l'installation.
En référence à la fig. 1, cette installation de turbine hydraulique comprend une roue de turbine Kaplan 1 fixée à l'extrémité inférieure d'un arbre vertical 2 transmettant la puissance de la turbine à une génératrice non représentée. Le poids des masses tournantes de cette ins tallation et la résultante des poussées hydrau liques sont supportés par un pivot 3 dont la couronne de patins 11 repose sur le fond su périeur 4 de la turbine.
Dans cette forme d'exécution, le fond su périeur 4 de la turbine est en une pièce avec le fond supérieur du distributeur 5 dont les aubes 6 sont solidaires d'arbres de commande 7 faisant saillie au-dessus du fond 4.
Le fond 4 prend appui sur une bride 8 scellée dans la maçonnerie constituant le puits 9 dans lequel est placée la turbine. Cette bride 8 fait partie de l'anneau des entretoises 10.
Ce fond 4, qui doit supporter la forte charge du pivot 3, comprend, contre sa face inférieure, des poutres continues 12 réparties autour de l'arbre de la turbine et s'étendant d'un bord à l'autre du fond 4.
Le nombre de ces poutres continues 12 varie selon les dimensions de la turbine et la charge du pivot 3.
Les fig. 2 à 5 montrent diverses disposi tions possibles des poutres 12.
A la fig. 2, seulement deux poutres 12 sont prévues de part et d'autre de l'arbre 2 et s'éten dent jusqu'au bord du fond 4. La fig. 3 montre une construction à l'aide de trois poutres 12.
La fig. 4 montre quatre poutres 12 répar ties autour de l'arbre 2. Quant à la fig. 5, elle montre une disposition utilisant six poutres 12 entrecroisées. On pourrait, bien entendu, pré voir encore un plus grand nombre de poutres 12 sous le fond 4.
Comme on le remarque sur les fig. 1 à 5, la partie médiane 15 des poutres 12 est, dans tous les cas représentés, disposée sous la cou ronne de patins 11 du pivot 3. On peut dire, en outre, que ces poutres 12 sont disposées dans des plans parallèles à l'axe de rotation de la turbine et même qu'elles sont tangentes à un cylindre virtuel d'axe confondu avec l'axe de rotation de la turbine et dont la génératrice passe par la partie centrale de chaque patin 11.
Ces poutres 12 peuvent soit reposer libre ment par leurs extrémités sur la bride 8, soit être encastrées partiellement ou totalement à leurs extrémités dans le fond 4 qui, lui, repose sur la bride 8.
En variante, ces poutres 12, au lieu d'être disposées sous le fond 4, pourraient être pla cées au-dessus du fond de la turbine.
Dans tous les cas envisagés, ces poutres 12, qui constituent en quelque sorte des ner vures du fond 4, peuvent être formées par des éléments laminés et soudés entre eux, par une exécution de fonderie ou encore par une com binaison de tôles laminées avec des éléments venus de fonderie (acier coulé).
La forme d'exécution représentée à la fig. 6 se distingue de celle représentée à la fig. 1 uniquement par le fait que le fond supérieur 4 de la turbine ne s'étend pas jusqu'à la bride 8, mais repose sur une pièce intermédiaire, en l'occurrence le fond supérieur du distributeur 13 qui, lui, repose sur la bride 8 faisant partie de l'anneau des entretoises 10. En outre, un anneau 14 a été _prévu sous la couronne de patins 11.
En variante encore, toutes ces poutres 12, au lieu d'être disposées dans des plans paral lèles à l'axe de rotation de la turbine, pour- raient être disposées dans des plans faisant un certain angle avec cet axe.
Il est bien entendu, en outre, que les pou tres 12 doivent être considérées comme pou tres continues, même si du fait de leur entre- croisure elles doivent être fabriquées en plu sieurs éléments soudés ou rivés ensemble lors du montage complet du fond 4.
Toutes les installations de turbines hydrau liques décrites ci-dessus se rapportaient à des turbines à arbre vertical. Toutefois, il va de soi qu'une construction semblable à celle des turbines indiquées ci-dessus pourrait être ap pliquée à des turbines à arbre horizontal dans lesquelles le pivot est soumis néanmoins à des poussées hydrauliques élevées. Dans une telle installation de turbine à arbre horizontal, la bride 8 ne serait que partiellement scellée dans la maçonnerie ne constituant plus un puits.
Installation of hydraulic turbines The current development in the construction of hydraulic turbines shows that it is sought to build robust machines with the best operating and safety qualities, having excellent energy efficiency and allowing performance to be achieved. whole installation as economical as possible.
This last point plays an increasingly important role today, because the point of view chosen is that leading to the best profitability of a complete installation, even if the mechanical efficiency of the group is slightly reduced. Consideration of the savings achievable on civil engineering works strongly influenced the construction of generator sets, the cost of which will also be reduced.
Manufacturers have therefore sought in recent years to achieve the shortest possible groups, and in the case of Ka plan, propeller and Francis turbines, for example, with a vertical axis, instead of installing the pivot through the intermediary of a spider, on the stator of the alternator, they put it on the upper base of the turbine.
This displacement makes it possible to reduce the height of the group, and therefore to save on civil engineering works and on the group itself. The mounting of the pivot on the upper base of the turbine will necessarily modify the construction of this last element which must, without exaggerated tensions and deformations, transfer the weight of the rotating masses of the group and the resultant of the hydraulic thrusts to the ring of spacers which, in general, is sealed into the masonry.
All the manufacturers of hydraulic turbines have studied and produced upper ends of turbines sufficiently robust to ensure good transmission of the loads coming from the pivot.
The various solutions adopted consist in connecting the central ring arranged in line with the pads of the pivot and receiving the load, to the ring of the spacers by vertical and radial ribs and judiciously placed surface elements giving the whole sufficient strength. .
These solutions are cumbersome, they have the drawback of transmitting the loads by discontinuous beams.
The hydraulic turbine installation according to the invention is also of the type indicated above, that is to say an installation in which the axial loads of the pivot are transmitted to a flange, sealed at least in part in the masonry. , by a bottom of the turbine.
This installation is characterized by the fact that the bottom of the turbine comprises continuous beams distributed around the shaft of the turbine and extending from one edge to the other of the bottom.
The appended drawing represents, schematically and by way of example, several embodiments of the installation according to the invention.
Fig. 1 is an axial sectional view of a Kaplan turbine with a vertical shaft.
Figs. 2 to 5 are plan views of various possible arrangements of the continuous beams in the installation according to FIG. 1.
Fig. 6 is a sectional view of another embodiment of the installation.
With reference to FIG. 1, this hydraulic turbine installation comprises a Kaplan turbine wheel 1 fixed to the lower end of a vertical shaft 2 transmitting the power of the turbine to a generator, not shown. The weight of the rotating masses of this installation and the resultant of the hydraulic thrusts are supported by a pivot 3, the ring of shoes 11 of which rests on the upper base 4 of the turbine.
In this embodiment, the upper base 4 of the turbine is in one piece with the upper base of the distributor 5, the blades 6 of which are integral with control shafts 7 projecting above the base 4.
The bottom 4 rests on a flange 8 sealed in the masonry constituting the well 9 in which the turbine is placed. This flange 8 is part of the ring of spacers 10.
This base 4, which must withstand the heavy load of the pivot 3, comprises, against its lower face, continuous beams 12 distributed around the shaft of the turbine and extending from one edge to the other of the base 4.
The number of these continuous beams 12 varies according to the dimensions of the turbine and the load of the pivot 3.
Figs. 2 to 5 show various possible arrangements of the beams 12.
In fig. 2, only two beams 12 are provided on either side of the shaft 2 and extend to the edge of the bottom 4. FIG. 3 shows a construction using three beams 12.
Fig. 4 shows four beams 12 distributed around the shaft 2. As to FIG. 5, it shows an arrangement using six intersecting beams 12. We could, of course, even see a larger number of beams 12 under the bottom 4.
As can be seen in Figs. 1 to 5, the middle part 15 of the beams 12 is, in all the cases shown, disposed under the crown of runners 11 of the pivot 3. It can be said, in addition, that these beams 12 are arranged in planes parallel to the axis of rotation of the turbine and even that they are tangent to a virtual cylinder of axis coincident with the axis of rotation of the turbine and whose generator passes through the central part of each pad 11.
These beams 12 can either rest freely by their ends on the flange 8, or be embedded partially or totally at their ends in the base 4 which itself rests on the flange 8.
As a variant, these beams 12, instead of being placed under the bottom 4, could be placed above the bottom of the turbine.
In all the cases considered, these beams 12, which in a way constitute the ribs of the bottom 4, can be formed by rolled elements and welded together, by a foundry execution or by a combination of rolled sheets with elements from foundry (cast steel).
The embodiment shown in FIG. 6 differs from that shown in FIG. 1 only by the fact that the upper base 4 of the turbine does not extend to the flange 8, but rests on an intermediate piece, in this case the upper base of the distributor 13 which itself rests on the flange 8 forming part of the ring of the spacers 10. In addition, a ring 14 has been provided under the ring of runners 11.
As a further variant, all these beams 12, instead of being arranged in planes parallel to the axis of rotation of the turbine, could be arranged in planes forming a certain angle with this axis.
It is of course understood, moreover, that the beams 12 must be considered as continuous beams, even if, because of their intersection, they must be manufactured in several elements welded or riveted together during the complete assembly of the bottom 4.
All of the hydraulic turbine installations described above were for vertical shaft turbines. However, it goes without saying that a construction similar to that of the turbines indicated above could be applied to turbines with a horizontal shaft in which the pivot is nevertheless subjected to high hydraulic thrusts. In such a horizontal shaft turbine installation, the flange 8 would only be partially sealed in the masonry no longer constituting a well.