Installation hydraulique comprenant une turbine et une pompe La présente invention a pour objet une instal lation hydraulique, comprenant une turbine et une pompe, la roue de turbine et la roue de pompe étant montées en positions adjacentes sur le même arbre, une seule et même bâche étant prévue pour l'ali mentation de la turbine, respectivement pour la réception de l'eau refoulée par la pompe, des moyens permettant de séparer l'espace interne de la bâche de l'espace dans lequel tourne la turbine, respec tivement de l'espace dans lequel tourne la pompe.
On connaît déjà des installations hydrauliques du type indiqué ci-dessus. Toutefois, ces installa- tions connues, quoique permettant une réduction de l'encombrement par rapport aux installations com prenant une turbine et une pompe absolument indé pendantes l'une de l'autre,
occupent encore un espace important du fait de la présence de canaux d'aspiration dirigés en sens opposé par rapport aux roues de pompe et de turbine. L'installation hydrau lique selon l'invention vise à remédier à cet incon vénient. Elle est caractérisée par le fait que le canal d'aspiration de la turbine et le canal d'aspiration de la pompe sont disposés coaxialement du même côté des roues sur au moins une partie de leur lon gueur, contiguë aux roues.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'instal- lation hydraulique selon l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation en coupe axiale de cette installation.
La fig. 2a est une coupe selon 1I-11 de la fig. 1. La fig. 2b est un coupe selon 111-11I de la fig. 1. Cette installation hydraulique comprend un arbre 1 reliant une génératrice électrique 2 à une roue de turbine 3. Cet arbre 1 est porté à son extré mité située du côté de la roue de turbine 3 par un palier 4. Sur cette même roue de turbine 3 est emboîtée une roue de pompe 5 faisant corps avec la roue de turbine 3.
Cet ensemble, roue de tur- bine 3 et roue de pompe 5 adjacente, est monté en porte à faux à l'extrémité de l'arbre 1, étant donné que l'installation décrite se rapporte à une instal- lation à arbre horizontal. Sur la partie gauche de la roue de turbine 3 est disposé un fond 6, habituel lement appelé fond supérieur, alors qu'un fond 7, habituellement appelé fond inférieur,
est disposé sur la partie droite de la roue de pompe 5.
La turbine comprend, en outre, un distributeur formé d'une série d'aubes orientables 8 sur les axes 9 desquelles sont clavetés des leviers 10 articulés à un cercle de vannage 11, par l'intermédiaire de biellet- tes 12.
Cette turbine comprend, en outre, un avant distributeur dont les entretoises 13 sont coudées (voir fig. 2a) pour provoquer un renversement du sens de la composante tangentielle de l'écoulement de l'eau à son entrée dans la turbine. L'eau est amenée à l'avant-distributeur à partir d'une bâche spirale 14 reliée, par exemple, à l'extrémité infé- rieure d'une conduite forcée. La pompe comprend un diffuseur 15 présentant des entretoises 16 de disposition classique, comme le montre la fig. 2b.
Ce diffuseur 15 débouche dans la même bâche spi rale 14 utilisée pour l'alimentation de la turbine.
Comme le montre la fig. 1, les canaux d'aspira- tion 17 de la turbine et 18 de la pompe sont disposés coaxialement sur au moins une partie de leur lon gueur du même côté des roues 3 et 5. Ces canaux d'aspiration 17 et 18 sont ensuite coudés vers le bas, à une certaine distance des roues 3 et 5, le canal d'aspiration 17 de la turbine traversant la paroi du coude 19 du canal d'aspiration de la pompe.
Ces deux canaux s'étendent ensuite sensiblement paral lèlement l'un à l'autre sur leur tronçon allant de leur coude respectif 19 et 20 à un bassin. commun aval 21.
Des moyens permettent de séparer l'espace interne de la bâche commune 14 de l'espace dans lequel tourne la turbine 3, respectivement de l'espace dans lequel tourne la pompe 5. Dans l'exemple représenté, ces moyens comprennent deux vannes à fourreau indépendantes, l'une 22, pour permettre la sépara tion de l'espace interne de la bâche 14 de la roue de turbine 3, et l'autre 23, pour permettre la sépa ration de l'espace interne de la bâche 14 de la roue de pompe 5.
De préférence, ces deux vannes four reaux 22 et 23 sont à commande indépendante pour permettre leur fermeture simultanée dans le cas d'une mise à sec de la machine, en vue d'une révi sion par exemple.
Le fonctionnement de l'installation hydraulique décrite ci-dessus se fait de la manière suivante Lorsque l'installation fonctionne en turbine, la bâche spirale 14 est alimentée en eau à partir d'un bassin d'accumulation supérieur, par exemple- par l'intermédiaire d'une conduite forcée. Dans ce cas, la vanne fourreau 23 est fermée, de manière à iso ler la roue de pompe 5 de la bâche 14.
Par contre, la vanne fourreau 22 est ouverte et la manoeuvre du distributeur à aubes orientables 8, par son cercle de vannage 11, permet le réglage de la turbine. Celle-ci entraîne donc, par l'arbre 1, l'alternateur 2 qui fournit du courant dans le réseau. La roue de pompe 5 est entraînée en rotation simultanément à la roue de turbine 3. Toutefois, cette rotation n'en traîne qu'une perte de puissance négligeable, car la roue de pompe tourne dans un espace rempli d'air et non pas dans de l'eau.
La roue de turbine 3 tourne donc dans le sens des aiguilles d'une montre à la fig. 2a.
L'installation fonctionne en pompe lorsqu'une faible demande en électricité existe sur le réseau et qu'une partie de la puissance électrique dispo- nible peut être utilisée pour envoyer de l'eau dans le bassin d'accumulation supérieur. Dans ce cas, la vanne fourreau 22 est fermée pour isoler l'espace dans lequel tourne la roue de turbine 3 et vider cet espace de son eau, la vanne fourreau 23 étant ouverte.
L'alternateur 2 fonctionne alors comme moteur et entraîne, par l'arbre 1, l'ensemble roue de turbine 3 et roue de pompe 5, également dans le sens des aiguilles d'une montre, comme montré aux fig. <I>2a</I> et<I>2b.</I> L'eau est alors aspirée à partir du bassin aval 21 à travers le canal d'aspirationl8 de la pompe et est refoulée par la roue de pompe 5,
tout d'abord dans le diffuseur 15 et ensuite dans la bâche spirale 14, pour refluer jusque dans le bassin d'accumulation supérieur.
Comme il ressort de la description qui précède, le sens de rotation de la machine est le même aussi bien pour le fonctionnement en pompe que pour le fonctionnement en turbine, ceci grâce à la présence des entretoises avant-directrices 13 de la turbine qui sont coudées pour provoquer un renversement du sens de la composante tangentielle de l'écoulement de l'eau à son entrée dans la turbine.
De nombreuses variantes d'exécution de l'instal lation décrite ci-dessus pourraient être imaginées. Ainsi, les canaux d'aspiration 17 de la turbine et 18 de la pompe pourraient être coaxiaux depuis les roues 3 et 5 jusqu'au bassin commun aval 21. Tou tefois, la disposition représentée au dessin est préfé rée, étant donné qu'elle permet de diminuer quelque peu l'encombrement de l'installation. Bien entendu, dans le cas d'une installation à arbre 1 disposée verticalement, les canaux d'aspiration 17 et 18 pour raient être coaxiaux depuis les roues 3 et 5 jusqu'au plan d'eau aval du bassin 21.
Là aussi, la disposi tion avec coude sera préférée, car elle diminue la hauteur d'excavation pour le logement du tuyau d'aspiration de la turbine.
En variante encore, la turbine pourrait être munie d'entretoises avant-directrices de forme ordi naire, c'est-à-dire ne provoquant pas de renverse ment de la composante tangentielle de l'écoulement de l'eau à son entrée dans la turbine. Dans ce dernier cas, le sens de rotation en turbine serait l'inverse du sens de rotation en pompe.
Dans l'exemple représenté, les deux canaux d'aspiration 17 et 18 débouchent dans le même bas- sin aval 21. Toutefois, il est bien clair qu'on pour rait aussi imaginer une installation dans laquelle chaque canal d'aspiration déboucherait dans un bassin, particulier.
En ce qui concerne les moyens permettant d'iso ler l'espace interne de la bâche spirale 14 de l'espace dans lequel tourne la roue de turbine 3, respecti- vement de l'espace dans lequel tourne la roue de pompe 5, ceux-ci pourraient être formés par n'im porte quel dispositif d'obturation. Ainsi, le distri buteur à aubes orientables 8 de la turbine pourrait lui-même être utilisé comme dispositif d'obturation.
Pour la simplification du dessin, la roue de tur bine 3 et la roue de pompe 5 ont été supposées en une pièce. Toutefois, il est bien clair que pour des machines de grandes dimensions, il sera peut-être préférable, pour faciliter la construction, d'établir ces deux roues de façon indépendante et de les réunir après coup.
Dans la forme d'exécution décrite ci-dessus en regard du dessin, la roue de pompe 5, ainsi que son canal d'aspiration 18 entourent la roue de turbine 3 et son canal d'aspiration 17. Toutefois, il est bien clair que la disposition inverse pourrait aussi être réalisée, c'est-à-dire que la roue de turbine 3 débou cherait à sa sortie dans un canal d'aspiration annu laire entourant le canal d'aspiration de la pompe.
Hydraulic installation comprising a turbine and a pump The present invention relates to a hydraulic installation, comprising a turbine and a pump, the turbine wheel and the pump wheel being mounted in adjacent positions on the same shaft, one and the same tarpaulin being provided for the supply of the turbine, respectively for the reception of the water delivered by the pump, means making it possible to separate the internal space of the tank from the space in which the turbine rotates, respectively from the space in which the pump runs.
Hydraulic installations of the type indicated above are already known. However, these known installations, although allowing a reduction in the bulk compared to installations comprising a turbine and a pump absolutely independent from one another,
still occupy a large space due to the presence of suction channels directed in the opposite direction relative to the pump and turbine wheels. The hydraulic installation according to the invention aims to remedy this drawback. It is characterized by the fact that the suction channel of the turbine and the suction channel of the pump are arranged coaxially on the same side of the impellers over at least part of their length, contiguous to the impellers.
The appended drawing represents, schematically and by way of example, an embodiment of the hydraulic installation according to the invention.
Fig. 1 is an elevational view in axial section of this installation.
Fig. 2a is a section on 11-11 of FIG. 1. FIG. 2b is a section on 111-11I of FIG. 1. This hydraulic installation comprises a shaft 1 connecting an electric generator 2 to a turbine wheel 3. This shaft 1 is carried at its end located on the side of the turbine wheel 3 by a bearing 4. On this same turbine wheel 3 is fitted a pump wheel 5 integral with the turbine wheel 3.
This assembly, impeller 3 and adjacent pump impeller 5, is cantilevered at the end of the shaft 1, since the installation described relates to a horizontal shaft installation. On the left part of the turbine wheel 3 is arranged a bottom 6, usually called the upper bottom, while a bottom 7, usually called the lower bottom,
is located on the right side of the pump wheel 5.
The turbine further comprises a distributor formed by a series of orientable vanes 8 on the axes 9 of which are keyed levers 10 articulated to a valve ring 11, by means of connecting rods 12.
This turbine further comprises a front distributor, the spacers 13 of which are bent (see FIG. 2a) to cause a reversal of the direction of the tangential component of the flow of water as it enters the turbine. The water is brought to the front distributor from a spiral tarpaulin 14 connected, for example, to the lower end of a penstock. The pump comprises a diffuser 15 having spacers 16 of conventional arrangement, as shown in FIG. 2b.
This diffuser 15 opens into the same spiral cover 14 used for supplying the turbine.
As shown in fig. 1, the suction channels 17 of the turbine and 18 of the pump are arranged coaxially over at least part of their length on the same side of the impellers 3 and 5. These suction channels 17 and 18 are then bent. downwards, at a certain distance from the wheels 3 and 5, the suction channel 17 of the turbine passing through the wall of the elbow 19 of the suction channel of the pump.
These two channels then extend substantially parallel to each other over their section extending from their respective bends 19 and 20 to a basin. common downstream 21.
Means make it possible to separate the internal space of the common cover 14 from the space in which the turbine 3 rotates, respectively from the space in which the pump 5 rotates. In the example shown, these means comprise two sleeve valves. independent, one 22, to allow the separation of the internal space of the cover 14 from the turbine wheel 3, and the other 23, to allow the separation of the internal space of the cover 14 from the pump wheel 5.
Preferably, these two oven valves 22 and 23 are independently controlled to allow their simultaneous closing in the event of the machine being put to dryness, with a view to an overhaul for example.
The operation of the hydraulic installation described above is done as follows When the installation operates as a turbine, the spiral sheet 14 is supplied with water from an upper accumulation basin, for example - by the intermediary of a penstock. In this case, the sheath valve 23 is closed, so as to isolate the pump wheel 5 from the cover 14.
On the other hand, the sheath valve 22 is open and the operation of the directional vane distributor 8, by its valve ring 11, allows the adjustment of the turbine. This therefore drives, through shaft 1, the alternator 2 which supplies current to the network. The pump wheel 5 is driven in rotation simultaneously with the turbine wheel 3. However, this rotation only results in a negligible loss of power, since the pump wheel rotates in a space filled with air and not in some water.
The turbine wheel 3 therefore rotates clockwise in FIG. 2a.
The installation operates as a pump when there is a low demand for electricity on the network and part of the available electrical power can be used to send water to the upper accumulation basin. In this case, the sleeve valve 22 is closed in order to isolate the space in which the turbine wheel 3 rotates and to empty this space of its water, the sleeve valve 23 being open.
The alternator 2 then operates as a motor and drives, via the shaft 1, the turbine wheel 3 and pump wheel 5 assembly, also clockwise, as shown in FIGS. <I> 2a </I> and <I> 2b. </I> The water is then sucked from the downstream basin 21 through the suction channel l8 of the pump and is discharged by the pump wheel 5,
first in the diffuser 15 and then in the spiral cover 14, to flow back to the upper accumulation basin.
As emerges from the above description, the direction of rotation of the machine is the same both for pump operation and for turbine operation, this thanks to the presence of the front guide spacers 13 of the turbine which are bent. to cause a reversal of the direction of the tangential component of the flow of water as it enters the turbine.
Many variant embodiments of the installation described above could be imagined. Thus, the suction channels 17 of the turbine and 18 of the pump could be coaxial from the impellers 3 and 5 to the downstream common basin 21. However, the arrangement shown in the drawing is preferred, since it makes it possible to somewhat reduce the size of the installation. Of course, in the case of an installation with a shaft 1 arranged vertically, the suction channels 17 and 18 could be coaxial from the wheels 3 and 5 to the body of water downstream of the basin 21.
Here too, the arrangement with an elbow will be preferred, since it reduces the excavation height for housing the suction pipe of the turbine.
As a further variant, the turbine could be provided with front-guide spacers of ordinary shape, that is to say not causing reversal of the tangential component of the flow of water as it enters the water. turbine. In the latter case, the direction of rotation in turbine would be the reverse of the direction of rotation in pump.
In the example shown, the two suction channels 17 and 18 open into the same downstream basin 21. However, it is quite clear that one could also imagine an installation in which each suction channel would open into a basin, particular.
As regards the means for isolating the internal space of the spiral sheet 14 from the space in which the turbine wheel 3 rotates, respectively from the space in which the pump wheel 5 rotates, those -could be formed by any shutter device. Thus, the directional vane distributor 8 of the turbine could itself be used as a closure device.
For the sake of simplification of the drawing, the turbine wheel 3 and the pump wheel 5 have been assumed to be one piece. However, it is quite clear that for large machines, it may be preferable, for ease of construction, to establish these two wheels independently and join them afterwards.
In the embodiment described above with reference to the drawing, the pump wheel 5, as well as its suction channel 18 surround the turbine wheel 3 and its suction channel 17. However, it is quite clear that the reverse arrangement could also be achieved, that is to say that the turbine wheel 3 would open at its outlet into an annu lar suction channel surrounding the suction channel of the pump.