Distributeur à aubes directrices destiné à une turbine hydraulique L'évolution constructive des centrales hydToélec- triques s'oriente vers les solutions les plus économi ques. Il est donc intéressant de .rechercher des solu tions constructives propres à réduire le coût de pre mière installation des centrales.
Or, dans certains cas, pour les turbines dont la chute est relativement basse, il est possible de sup primer les vannes montées au pied de la conduite et alimentant les turbines. En effet, en plus des dépenses pour l'acquisition des vannes, qui sont des organes importants, complexes et, par conséquent, assez coûteux, on peut réaliser des économies impor tantes sur les travaux de génie civil, par la réduction des dimensions de la centrale, que celle-ci constitue un bâtiment ou qu'elle soit en caverne.
Il est évident qu'on ne peut pas sans autre sup primer ces vannes, qui sont des organes de sécurité et d'étanchéité sans prévoir d'autres moyens. d'obtu ration. Pour maintenir une sécurité suffisante, le dis tributeur de ces turbines montées sans vanne doit être étudié spécialement, de façon à assurer dans tous les cas la fermeture. L'étanchéité doit faire l'ob jet d'études constructives particulières, de manière à pouvoir arrêter un groupe en laissant sa conduite d'alimentation et sa bâche-spirale sous pression, sans avoir des fuites trop importantes. En effet, ces fuites constituent une perte d'eau permanente et détériorent plus ou moins rapidement les. distribu teurs non étanches.
La présente invention a précisément pour but une solution constructive d'un distributeur à aubes directrices destinée notamment à une turbine à basse chute (environ une dizaine de mètres), par exemple une turbine Francis, Hélice ou Kaplan, permettant de réaliser une étanchéité parfaite lorsque la machine est à l'arrêt.
Ce distributeur est caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif assurant l'étanchéité du dis tributeur lorsqu'il est fermé, ce dispositif comprenant au moins un anneau susceptible d'être déplacé paral- lèlement à l'axe des aubes dans une gorge pratiquée dans chacun des deux fonds du distributeur au droit de chaque face d'extrémité des aubes directrices, cet anneau étant destiné à venir s'appuyer contre ces faces en position de fermeture du distributeur pour assurer l'étanchéité entre les aubes et les fonds du distributeur.
Le dessin annexé montre, schématiquement et à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution du dis tributeur selon l'invention.
La fig. 1 est une coupe axiale partielle à travers une turbine hydraulique montrant plus précisément le distributeur.
La fig. 2 est une vue de détail à échelle agrandie. La fig. 3 est une vue en plan du tracé des aubes en position fermée.
Les fig. 4 et 5 représentent une vue en élévation et une vue en plan partielles d'une deuxième forme d'exécution du distributeur.
Les fig. 6 et 7 représentent une coupe axiale, res pectivement une vue en plan, d'une troisième forme d'exécution d'aubes pouvant être utilisées dans ce distributeur.
A la fig. 1 a été représentée schématiquement une machine hydraulique, en l'occurrence une turbine Francis, comprenant une roue 1 fixée à l'extrémité d'un arbre vertical, non représenté, cette roue 1 étant alimentée en eau à partir d'une bâche 2 solidaire d'un avant-distributeur comprenant une série d'entre toises fixes 3.
Entre l'avant-distributeur formé des entretoises 3 et la roue 1 sont disposés les deux fonds inférieur 4 et supérieur 5 du distributeur, fonds 4 et 5 portant les paliers 6, 7 et 7a dans lesquels sont fixés les axes de pivotement ou tourillons 8, respec tivement 9, des aubes mobiles 10.
Le distributeur représenté à la fig. 1 comprend, un dispositif assurant son étanchéité en position fer mée. Ce dispositif comprend au moins un anneau susceptible d'être déplacé parallèlement à l'axe des aubes 10 dans une gorge 11 pratiquée dans chacun des deux fonds 4 et 5 du distributeur au droit de chaque face d'extrémité 12, respectivement 13, des aubes directrices, 10.
Cet anneau est destiné à venir s'appuyer contre les faces 12, respectivement 13, en position de fermeture du distributeur pour assurer l'étanchéité entre les aubes 10 et les fonds 4 et 5.
Dans l'exemple représenté aux fig 1 à 3, cet anneau est constitué par une partie 14 d'un tube 15 gonflable et déformable, logé dans la gorge 11 du fond inférieur 4, respectivement du fond supérieur 5.
Comme on le voit à la fig. 2, chaque gorge 11 a une section en forme générale de queue d'hirondelle. (Cette gorge pourrait toutefois avoir une autre forme de section, par exemple une forme de T renversé). L'un des côtés latéraux 16 de cette gorge 11 est formé par une pièce 17 constituant un anneau rap porté par des vis 18 contre le fond correspondant 4, respectivement 5, du distributeur. Le tube 15, qui est de préférence en caoutchouc, forme une boucle complète dans chaque fond respectif 4 et 5.
L'inté rieur de ce tube 15 peut être mis à volonté sous ou sans pression, grâce à un raccord 19 fixé au tube 15 de la même façon que les valves, de gonflage de chambres à air pneumatiques. Ce raccord 19 est connecté à une tubulure 20 permettant de relier le tube 15 à une source de pression quelconque hydrau lique ou pneumatique.
Dans cette première forme d'exécution, les aubes 10 sont excentrées par rapport à leur axe de pivote ment respectif 8, 9, de manière qu'une surface fron tale ou terminale de liaison subsiste entre la partie amont et la partie aval de chaque aube 10. Comme le montre la fig. 3, la gorge 11 est tracée selon une suite d'arcs de cercles de rayons R correspondant pratiquement aux rayons du distributeur et de rayons r1, r2, au voisinage de chaque tourillon 8, respecti vement 9. En outre, chaque aube 10 présente une gorge 21 dans sa partie amont.
Cette gorge 21 pré sente aussi une section en forme générale de queue d'hirondelle. Dans cette gorge 21 est monté un joint en caoutchouc de section ronde 22. Ce joint 22 est disposé de manière qu'en position de fermeture, le bord de fuite 23 de l'aube voisine vienne appuyer sur le caoutchouc 22 de l'aube adjacente 10 en assurant ainsi une étanchéité par contact métal-caoutchouc sur la génératrice de contact des aubes 10.
Le fonctionnement du distributeur décrit ci-des sus en regard des fig. 1 à 3 est le suivant Si nous supposons que la turbine 1 doit être arrêtée, le distributeur est amené alors en position de fermeture en faisant pivoter les aubes 10 jusqu'à ce que le bord de fuite 23 d'une aube 10 vienne en contact avec le joint en caoutchouc 22 de son aube 10 voisine. L'effort de fermeture résiduel est suffi samment grand pour créer une pression de contact entre les aubes, supérieure à celle de l'eau à retenir, assurant par là l'étanchéité des aubes entre elles.
On met ensuite sous pression d'eau ou de gaz les tubes gonflables 15 disposés dans les fondis inférieur 4 et supérieur 5. Sous l'effet de cette pression, ces tubes 15 gonflent, se déforment légèrement et leur partie externe 14 vient s'appuyer contre les faces ter minales 12, respectivement 13, des aubes directrices 10. La pression de gonflage est choisie suffisam ment élevée pour que la pression de contact de la partie 14 contre les faces terminales 12 et 13 des aubes 10 assure l'étanchéité entre les aubes 10 et les fonds inférieur 4 et supérieur 5 du distributeur.
De cette façon, chaque aube 10 est étanche sur son pour tour complet; l'ensemble des aubes 10 constituant le distributeur est donc également étanche.
La seconde forme d'exécution du: distributeur, représentée aux fig. 4 et 5, montre qu'il. est possible de pratiquer dans les fonds 4, respectivement 5, une gorge 11 parfaitement circulaire. Chaque gorge 11 constitue donc un cercle continu inscrit à l'intérieur du lieu géométrique des axes de pivotement 8, res pectivement 9, des aubes 10.
Pour ce faire, ces der nières sont excentrées par rapport à leur axe de pivotement respectif d'une excentricité e plus forte que celle montrée à la fig. 3, pour la première forme d'exécution, de telle sorte que la gorge 11 ne doit plus nécessairement contourner l'espace occupé par chaque tourillon 8, respectivement 9. Dans cette forme d'exécution, la face terminale 12, respective ment 13, de chaque aube 10 présente une forme cor respondant pratiquement au profil de l'aube.
La dernière forme d'exécution, représentée aux fig. 6 et 7, montre qu'il est possible de construire un tel distributeur sans prévoir d'excentricité entre l'axe des tourillons 8 et 9 et l'axe de chaque aube 10 pro prement dit. Dans ce cas, et pour que l'étanchéité soit assurée au droit de chaque tourillon 8 et 9, chaque aube 10 présente un bossage latéral 24 à proxi mité de chacun de ses tourillons 8 et 9. Ces bossages latéraux 24 sont destinés à former une surface 25 de liaison entre les surfaces d'extrémités terminales amont 26 et aval 27 de chaque aube 10.
Ainsi, ces aubes 10 sans. excentricité présentent, malgré tout, une face d'appui continue pour le tube gonflable 15 entre la partie amont et aval de chaque face d'extré mité 12, 13 des aubes 10. Dans ce cas, et comme dans la première forme d'exécution, chaque gorge 11 doit contourner l'espace occupé par chaque touril- lon 8, respectivement 9, dans son fond respectif 4 et 5.
Comme le montre la fig. 7, dans cette dernière forme d'exécution, le tube gonflable 15 passe à l'ex térieur des tourillons 8, respectivement 9, ce qui per met d'éviter toute fuite d'eau éventuelle à travers les paliers 6, respectivement 7, des tourillons 8, res pectivement 9.
En variante encore des formes d'exécution repré sentées aux fig. 1 à 5, les aubes 10, au lieu d'être d<B>1</B> éportées vers l'intérieur, c'est-à-dire en direction de l'axe de la turbine par rapport aux axes de leur tou rillon 8 et 9, pourraient être excentrées par rapport à ces axes 8 et 9, vers l'extérieur du lieu géométrique des axes de pivotement 8 et 9.
Ainsi, la ligne conti nue, formée par la gorge 11, serait circonscrite autour des axes de pivotement 8 et 9 en formant soit une succession d'arcs de cercle, comme à la fig. 3, soit un cercle complet, comme à la fig. 5.
Dans toutes les formes d'exécution décrites ci- dessus, l'anneau d'étanchéité 14 était toujours consti tué par une partie d'un tube gonflable. Toutefois, en variante, cet anneau pourrait être formé par un pis ton annulaire susceptible d'être déplacé parallèlement à l'axe des aubes 10 dans une gorge 11 de section rectangulaire qui constituerait en quelque sorte un cylindre annulaire susceptible d'être mis sous pres sion.
Cet anneau 14 pourrait être alors rigide (par exemple en métal) ou semi-rigide, une pression de fluide quelconque étant susceptible d'être introduite dans la gorge 11 pour provoquer son plaquage contre la face terminale 12, respectivement 13, des aubes. Des garnitures d'étanchéité pourraient être disposées entre 1a gorge 11, formant cylindre annulaire, et l'an neau 14, par exemple en métal, constituant un piston annulaire. Cette dernière construction conviendrait tout particulièrement aux turbines à chute élevée, de l'ordre de cent mètres et plus.
Un des avantages résultant de la disposition de la gorge 11 à l'extérieur des tourillons 8, respecti vement 9, est que lorsque la machine est arrêtée, ces tourillons ne sont plus sous pression, ce qui permet, en cas de nécessité, de remplacer un joint d'étan chéité situé autour des axes ou tourillons 8, 9 des aubes directrices 10.
Il est à noter encore qu'il n'est pas indispensable que l'anneau 17, représenté à la fig. 2, soit amovible. En effet, si le caoutchouc formant le tube 15 est assez souple, il peut être engagé dans la gorge 11, lors du montage, sans grande difficulté, même si cette gorge<B>11</B> est creusée dans une même pièce englobant l'anneau 17.