Groupe hydroélectrique La présente invention a pour objet un groupe hydroélectrique, comprenant une tur bine hydraulique entraînant un ensemble gé nérateur de courant, cet ensemble étant enfer mé dans un carter attenant à la turbine.
Le groupe selon l'invention est caractérisé par le fait que le carter est conformé et dimen- sionné de manière à pouvoir contenir, à volon té, une ou plusieurs génératrices disposées au tour de l'axe de rotation de la turbine et en traînées par la turbine au moyen d'engrenages, le nombre des génératrices montées dans ce carter dépendant respectivement de la chute d'eau disponible et de la puissance que peut fournir la turbine.
Le dessin annexé représente, schématique ment et à titre d'exemple, une forme d'exécu tion du groupe hydroélectrique selon l'inven tion.
La fig. 1 est une vue en coupe axiale de ce groupe. La fig. 2 est une coupe transversale sché matique de ce groupe, selon<I>11-1I</I> de la fig. 1, montrant la disposition de quatre génératrices dans le carter du groupe. Le groupe hydroélectrique représenté au dessin est formé d'une turbine munie en l'occu- rence d'une roue Kaplan 1 à àxe 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 dispo sés 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.
Cette roue 1 est portée par un arbre 5 tournant dans un palier 6 supporté par un bâti ou carter 7 monté sur des bras 8 constituant eux-mêmes un distributeur fixe de l'eau dans la turbine. Ce bâti ou carter 7 constitue une chambre étanche, immergée dans le courant d'eau et dans laquelle est disposé l'ensemble générateur de courant. En effet, dans l'exemple représenté à la fig. 1, cet ensemble générateur comprend une génératrice 9 portée par le bâti ou carter 7. L'arbre 10 de cette génératrice 9 tourne dans des paliers 11 et 12, portés eux- mêmes par des flasques 13, respectivement 14, disposés à l'intérieur du carter 7.
L'arbre 5 de la turbine comprend un pro longement tubulaire 15 fixé par des goujons 16 à la partie de l'arbre 5 voisine de la roue 1. Cette partie tubulaire 15 est prolongée elle même par un embout 17 en forme de col qui porte dans un palier 18 fixé au flasque 14.
Une couronne dentée 19 est fixée à l'ex trémité gauche de la partie tubulaire 15 de l'arbre 5. Cette couronne entraine le rotor de la génératrice 9 par l'intermédiaire d'un pignon 20 fixé à une extrémité de l'arbre 10 de la gé- négatrice, et qui engrène dans cette couronne 19.
Le mécanisme de commande des pales orientables 3 de la turbine comprend une tige 21 coulissant selon l'axe de rotation de la roue 1. Cette tige 21 porte à l'une de ses extrémités un croisillon 22 auquel sont articulées des biellettes 23, articulées d'autre part elles-mê mes à un levier 24, claveté sur chacun des tourillons 4 des pales 3. La tige 21 porte en outre un piston 25 susceptible de coulisser dans la partie interne cylindrique 26 du pro longement 15 de l'arbre. L'espace intérieur de l'arbre creux 5, 15, 17 est fermé vers la gau che par un coussinet 27 porté par des entre toises 28 disposées à l'intérieur du carter 7, coussinet 27 dont une partie s'engage à l'inté rieur du col 17 de l'arbre creux.
Ce coussinet 27 constitue une bague ou anneau de distri bution d'huile sous pression pour la commande du servomoteur constitué par le piston 25 et le cylindre 26. En effet, ce coussinet 27 est percé d'un canal 29 communiquant, grâce à un perçage 30 pratiqué dans la tige 21, avec un canal axial 31 foré dans le centre de cette tige 21. Ce canal 31 débouche sur la face du pis ton 25 dirigée du côté de la roue 1. Un se cond canal 32 est pratiqué dans le coussinet 27 pour l'amenée d'huile sous pression sur l'autre face du piston 25. Deux conduites pa rallèles 33 et 34 sont reliées respectivement au canal 29 et au canal 32.
Ces conduites 33 et 34 mettent en communication les deux es paces situés de part et d'autre du piston 25 avec un distributeur non représenté situé au dehors de la chambre étanche que constitue le carter 7. Comme le montre le dessin, ces conduites 33 et 34 passent dans une gaine 35 par laquelle passe également les câbles conduc teurs de courant électrique 36 de même qu'un ruban 37 d'asservissement du distributeur à la tige de commande 21 des pales 3. En effet, cette tige 21 porte à son extrémité gauche une douille 38 sur laquelle peut tourner librement un anneau 39 articulé à un levier d'asservisse ment 40 pivoté en 41 par rapport au bâti fixe du groupe. Le ruban 37 est accroché à l'ex trémité 42 de ce levier d'asservissement 40. Un couvercle 45 ferme le carter 7 sur sa par tie gauche.
Un disque 46 constituant un frein pour les parties rotatives du groupe est claveté au voisinage de l'extrémité gauche de la tige 21. Ce disque 46, qui est solidaire en rotation de la roue 1, est destiné à être entraîné en dé placement axial par la tige 21 pour être amené en contact avec une garniture de friction 47 portée par le couvercle 45, lorsque les pales 3 sont disposées transversalement au courant d'eau. En outre, un carter fixe 48 entoure la par tie 15 de l'arbre 5 ainsi que la couronne den tée 19.
Un palier de butée est disposé en 49 pour supporter les efforts axiaux agissant sur les parties rotatives du groupe, ces efforts axiaux résultant de la poussée de l'eau contre les pa les 3 de la turbine 1.
Le fonctionnement du groupe hydroélec trique décrit en regard du dessin annexé est le suivant En marche normale, de l'huile sous pres sion est envoyée dans l'espace 52 du cylindre 26 par la conduite 34, 32 pour agir sur le pis ton 25 et contrecarrer l'effort de l'eau qui tend à faire pivoter les pales 3 pour les ame ner en position transversale dans le canal 2. Bien entendu, la marche de la machine est alors contrôlée de manière connue par un ré gulateur non représenté, situé hors de la cham bre étanche que constitue le carter 7, à proxi mité du distributeur d'huile sous pression.
En marche normale du groupe hydroélectrique, les fuites d'huile s'échappant de l'espace 50 et passant entre l'arbre 5 et la tige 21 sont uti lisées pour lubrifier les paliers 6 et 49, ceci grâce à un canal 51 percé transversalement dans l'arbre 5. De même, les fuites d'huile à partir de l'espace 52 du cylindre 26, qui pas sent entre le coussinet 27 et le col 17, vont lu brifier le palier 18 du groupe. L'huile qui s'échappe par ces différentes fuites se répand dans la chambre étanche et s'échappe finale ment par la gaine 35 vers un réservoir de ré cupération.
Ce réservoir de récupération, le distributeur à tiroir d'huile sous pression, la pompe fournissant cette huile sous pression, de même que le régulateur, sont disposés dans le local de l'usine contenant 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 33, 29, 30, 31 dans l'espace 50 du cylindre 26. Simultanément, le distributeur met à l'échappement, par l'inter médiaire de la conduite 34, 32, l'huile conte nue dans l'espace 52 du cylindre 26. Les pales 3 se ferment alors sous l'action conjuguée de la poussée hydraulique agissant sur elles et de la pression d'huile agissant sur la face aval du piston 25. Si on a l'intention de provoquer l'arrêt du groupe hydroélectrique, la pression d'huile est envoyée dans l'espace 50 jusqu'à ce que les pales 3 se placent transversalement dans le canal 2. Lorsqu'elles atteignent cette position, le disque 46 vient frotter contre la garniture 47 pour finalement bloquer les par ties rotatives du groupe.
Cette construction de groupe hydroélectri que a l'avantage de permettre 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, sim plifiée et tout particulièrement avantageuse pour l'équipement de basses et moyennes chu tes d'eau.
En outre, cette disposition du groupe, dans laquelle la génératrice 9 est disposée en de hors de l'axe de rotation de la turbine, per met de prévoir un espace suffisant à l'intérieur du carter 7 pour qu'il soit possible de monter plusieurs génératrices 9 autour de l'axe de ro tation de la turbine, toutes ces génératrices étant entraînées par la turbine par l'intermé diaire de la couronne 19.
La fig. 2 est un schéma montrant précisé ment la disposition de quatre génératrices 9 à l'intérieur du carter 7, les pignons 20 de ces génératrices étant entraînés simultanément par la couronne dentée 19.
Le nombre de génératrices 9 montées dans le carter 7 dépendra de la chute d'eau disponi ble, respectivement de la puissance que peut fournir la turbine 1. Dans le cas d'une chute d'eau très faible, une seule génératrice 9 pourra être montée dans le carter 7 pour être entraî née par la roue de la turbine 1.
Cette construction de groupe hydroélectri que est tout particulièrement avantageuse pour l'utilisation de chutes d'eau à hauteurs va riables. En effet, dans ce cas, on pourra mon ter plusieurs génératrices 9 de même puissance, par exemple quatre génératrices 9 dans le car ter 7. Chaque génératrice 9 sera susceptible d'être connectée électriquement au réseau à alimenter indépendamment des autres. Ainsi la connexion au réseau d'un nombre donné de génératrices 9 dépendra de la puissance mo mentanée susceptible d'être fournie par la tur bine 1.
Pour citer un exemple numérique, suppo sons que quatre génératrices 9, susceptibles de fournir chacune 50 CV, sont montées dans le carter 7. En admettant maintenant qu'une puissance de 50 CV est obtenue sous une chute d'eau H, et que cette puissance varie selon la loi H3iz, on aura la possibilité, en utilisant de une à quatre génératrices 9 identiques et la mê me alimentation hydraulique, d'obtenir les puissances suivantes en fonction de la chute d'eau
EMI0003.0011
Nombre <SEP> Puissance
<tb> Chute <SEP> d'eau <SEP> de <SEP> génératrices <SEP> délivrée
<tb> connectées
<tb> H <SEP> 1 <SEP> 50 <SEP> CV
<tb> 1,59 <SEP> H <SEP> 2 <SEP> 100 <SEP> CV
<tb> 2,07 <SEP> H <SEP> 3 <SEP> 150 <SEP> CV
<tb> 2,52 <SEP> H <SEP> 4 <SEP> 200 <SEP> CV En variante, on pourrait,
bien entendu, disposer plusieurs génératrices 9 de puissances différentes dans le même carter 7. On pourrait aussi jouer sur le rapport des diamètres des engrenages pour donner à toutes les génératri ces la même vitesse de rotation ou éventuelle ment des vitesses différentes.
Un autre avantage de la construction dé crite en regard du dessin annexé réside dans le fait qu'avec un même outillage et des pièces standardisées, plusieurs groupes hydroélectri- ques de puissances différentes peuvent être réa lisés, ce qui permet de réduire dans une forte proportion le prix de revient de tels groupes.
Dans l'exemple représenté au dessin, les différentes génératrices 9 étaient disposées de manière que leurs axes de rotation soient si tués parallèlement autour de l'axe de rotation de la turbine. Bien entendu, ces génératrices pourraient être disposées différemment autour de l'axe de rotation de la turbine. Par exem ple, toutes les génératrices pourraient avoir leurs axes disposés dans un même plan, tous ces axes étant disposés radialement autour de l'axe de rotation de la turbine. On pourrait aussi répartir les génératrices 9 autour de l'axe de rotation de la turbine de manière que leurs axes 10 soient tous situés sur un cône.
En variante encore, les génératrices 9 pour raient être disposées par paires, chaque paire comprenant une génératrice disposée à l'amont de la couronne d'entraînement 19 et l'autre à l'aval de cette couronne. Dans ce dernier cas, bien entendu, la couronne dentée 19 devrait présenter une denture externe, les pignons 20 d'entraînement des génératrices étant situés à .la périphérie de cette couronne.
Hydroelectric group The present invention relates to a hydroelectric group, comprising a hydraulic turbine driving a current generator assembly, this assembly being enclosed in a casing adjoining the turbine.
The unit according to the invention is characterized by the fact that the casing is shaped and dimensioned so as to be able to contain, at will, one or more generators arranged around the axis of rotation of the turbine and in trails by the turbine by means of gears, the number of generators mounted in this casing depending respectively on the available waterfall and on the power that the turbine can provide.
The appended drawing represents, schematically and by way of example, an embodiment of the hydroelectric group according to the invention.
Fig. 1 is an axial sectional view of this group. Fig. 2 is a dry cross section of this group, according to <I> 11-1I </I> of FIG. 1, showing the arrangement of four generators in the group housing. The hydroelectric group shown in the drawing is formed by a turbine fitted in this case with a Kaplan 1 wheel with a horizontal rotation axis. This wheel 1 rotates in a cylindrical channel 2 and is provided with orientable blades 3.
The journals 4 of these blades 3 are arranged so that under the effect of the water pressure, the blades 3 tend to be placed automatically transversely to the water current, thus slowing down to the maximum the water flow in channel 2.
This wheel 1 is carried by a shaft 5 rotating in a bearing 6 supported by a frame or casing 7 mounted on arms 8 which themselves constitute a fixed distributor of water in the turbine. This frame or casing 7 constitutes a sealed chamber, immersed in the stream of water and in which the current generator assembly is placed. In fact, in the example shown in FIG. 1, this generator assembly comprises a generator 9 carried by the frame or casing 7. The shaft 10 of this generator 9 rotates in bearings 11 and 12, themselves carried by flanges 13, respectively 14, arranged inside housing 7.
The shaft 5 of the turbine comprises a tubular protrusion 15 fixed by studs 16 to the part of the shaft 5 adjacent to the wheel 1. This tubular part 15 is itself extended by a nozzle 17 in the form of a neck which carries in a bearing 18 fixed to the flange 14.
A toothed crown 19 is fixed to the left end of the tubular part 15 of the shaft 5. This crown drives the rotor of the generator 9 via a pinion 20 fixed to one end of the shaft 10 of the generator, and which meshes in this crown 19.
The control mechanism of the orientable blades 3 of the turbine comprises a rod 21 sliding along the axis of rotation of the wheel 1. This rod 21 carries at one of its ends a spider 22 to which are articulated rods 23, articulated d 'on the other hand themselves to a lever 24, keyed on each of the journals 4 of the blades 3. The rod 21 further carries a piston 25 capable of sliding in the cylindrical internal part 26 of the pro longing 15 of the shaft. The interior space of the hollow shaft 5, 15, 17 is closed to the left by a bearing 27 carried by between rods 28 arranged inside the casing 7, bearing 27 of which a part engages with the inside the neck 17 of the hollow shaft.
This bearing 27 constitutes a ring or ring for distributing pressurized oil for the control of the servomotor constituted by the piston 25 and the cylinder 26. In fact, this bearing 27 is pierced with a communicating channel 29, thanks to a bore 30 formed in the rod 21, with an axial channel 31 drilled in the center of this rod 21. This channel 31 opens onto the face of the udder 25 directed towards the side of the wheel 1. A second channel 32 is formed in the bearing 27 for supplying pressurized oil to the other face of the piston 25. Two parallel lines 33 and 34 are respectively connected to channel 29 and to channel 32.
These pipes 33 and 34 put the two spaces located on either side of the piston 25 in communication with a distributor, not shown, located outside the sealed chamber formed by the casing 7. As shown in the drawing, these pipes 33 and 34 pass through a sheath 35 through which also passes the electric current conductor cables 36 as well as a ribbon 37 for slaving the distributor to the control rod 21 of the blades 3. In fact, this rod 21 carries at its end left a bush 38 on which can freely rotate a ring 39 articulated to a servo lever 40 pivoted at 41 relative to the fixed frame of the group. The tape 37 is hooked to the end 42 of this servo lever 40. A cover 45 closes the casing 7 on its left part.
A disc 46 constituting a brake for the rotating parts of the group is keyed in the vicinity of the left end of the rod 21. This disc 46, which is integral in rotation with the wheel 1, is intended to be driven in axial displacement by the rod 21 to be brought into contact with a friction lining 47 carried by the cover 45, when the blades 3 are arranged transversely to the stream of water. In addition, a fixed casing 48 surrounds part 15 of the shaft 5 as well as the toothed crown 19.
A thrust bearing is arranged at 49 to withstand the axial forces acting on the rotating parts of the group, these axial forces resulting from the thrust of the water against the 3 parts of the turbine 1.
The operation of the hydroelectric unit described with reference to the appended drawing is as follows. In normal operation, pressurized oil is sent into the space 52 of the cylinder 26 via the line 34, 32 to act on the pump 25 and counteract the force of the water which tends to cause the blades 3 to pivot to bring them into a transverse position in the channel 2. Of course, the running of the machine is then controlled in a known manner by a regulator, not shown, located outside the sealed chamber formed by the casing 7, near the pressurized oil distributor.
In normal operation of the hydroelectric group, the oil leaks escaping from the space 50 and passing between the shaft 5 and the rod 21 are used to lubricate the bearings 6 and 49, this thanks to a channel 51 pierced transversely. in the shaft 5. Likewise, the oil leaks from the space 52 of the cylinder 26, which does not feel between the bearing 27 and the neck 17, will brify the bearing 18 of the group. The oil which escapes through these various leaks spreads into the sealed chamber and finally escapes through the sheath 35 to a recovery tank.
This recovery tank, the pressurized oil spool distributor, the pump supplying this pressurized oil, as well as the regulator, are placed in the factory room containing the control members of the hydroelectric group.
When you want to bring the blades 3 of the wheel 1 to the closed position, pressurized oil is sent through the distributor and the pipe 33, 29, 30, 31 into the space 50 of the cylinder. 26. Simultaneously, the distributor exhausts, through the intermediary of the pipe 34, 32, the oil contained in the space 52 of the cylinder 26. The blades 3 then close under the combined action of the hydraulic thrust acting on them and the oil pressure acting on the downstream face of the piston 25. If it is intended to stop the hydroelectric group, the oil pressure is sent in space 50 up to 'so that the blades 3 are placed transversely in the channel 2. When they reach this position, the disc 46 rubs against the lining 47 to finally block the rotating parts of the group.
This construction of a hydroelectric group that has the advantage of allowing the elimination of any valve located upstream of the group in the water supply channel. The construction of the hydroelectric plant is therefore simplified and particularly advantageous for the equipment of low and medium waterfalls.
In addition, this arrangement of the group, in which the generator 9 is placed outside the axis of rotation of the turbine, allows sufficient space to be provided inside the casing 7 so that it is possible to mount several generators 9 around the axis of rotation of the turbine, all of these generators being driven by the turbine via the ring 19.
Fig. 2 is a diagram showing precisely the arrangement of four generators 9 inside the housing 7, the pinions 20 of these generators being driven simultaneously by the ring gear 19.
The number of generators 9 mounted in the casing 7 will depend on the available waterfall, respectively on the power that the turbine 1 can provide. In the case of a very low waterfall, only one generator 9 can be used. mounted in the housing 7 to be driven by the turbine wheel 1.
This construction of a hydroelectric group is particularly advantageous for the use of waterfalls at varying heights. In fact, in this case, several generators 9 of the same power can be mounted, for example four generators 9 in the casing 7. Each generator 9 will be capable of being electrically connected to the network to be supplied independently of the others. Thus the connection to the network of a given number of generators 9 will depend on the current power likely to be supplied by the turbine 1.
To cite a numerical example, suppose that four generators 9, each capable of providing 50 CV, are mounted in the casing 7. Assuming now that a power of 50 CV is obtained under a waterfall H, and that this power varies according to the H3iz law, we will have the possibility, by using one to four identical generators 9 and the same hydraulic supply, to obtain the following powers according to the waterfall
EMI0003.0011
Number <SEP> Power
<tb> <SEP> water drop <SEP> from <SEP> generators <SEP> delivered
<tb> connected
<tb> H <SEP> 1 <SEP> 50 <SEP> CV
<tb> 1.59 <SEP> H <SEP> 2 <SEP> 100 <SEP> CV
<tb> 2.07 <SEP> H <SEP> 3 <SEP> 150 <SEP> CV
<tb> 2.52 <SEP> H <SEP> 4 <SEP> 200 <SEP> CV As a variant, we could,
of course, having several generators 9 of different powers in the same casing 7. One could also play on the ratio of the diameters of the gears to give all the generators these the same speed of rotation or possibly different speeds.
Another advantage of the construction described with reference to the appended drawing lies in the fact that with the same tooling and standardized parts, several hydroelectric groups of different powers can be produced, which makes it possible to reduce in a large proportion the cost price of such groups.
In the example shown in the drawing, the different generators 9 were arranged so that their axes of rotation are so dead parallel around the axis of rotation of the turbine. Of course, these generators could be arranged differently around the axis of rotation of the turbine. For example, all the generators could have their axes arranged in the same plane, all these axes being arranged radially around the axis of rotation of the turbine. The generators 9 could also be distributed around the axis of rotation of the turbine so that their axes 10 are all located on a cone.
As a further variant, the generators 9 could be arranged in pairs, each pair comprising one generator arranged upstream of the drive ring 19 and the other downstream of this ring. In the latter case, of course, the ring gear 19 should have external teeth, the pinions 20 for driving the generators being located at the periphery of this ring.