CH620017A5

CH620017A5 -

Info

Publication number: CH620017A5
Application number: CH98678A
Authority: CH
Inventors: Yozo Kawase; Makoto Fujisaki
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co
Priority date: 1977-01-31
Filing date: 1978-01-30
Publication date: 1980-10-31
Also published as: DE2803367A1; JPS5395447A; GB1565603A; DE2803367B2; DE2803367C3; JPS5624102B2; US4158525A

Description

La présente invention concerne une installation hydraulique comprenant une pompe-turbine et un procédé de mise en action de cette installation.

Comme on le sait, au moment du démarrage en pompe d'une pompe-turbine, on introduit de l'air comprimé dans le logement du rotor, ce qui a pour effet de provoquer l'abaissement du niveau de l'eau dans ce logement et de permettre de faire démarrer la turbine dans l'air. Après démarrage, lorsque la vitesse de rotation du rotor augmente et atteint la valeur normale de fonctionnement, une vanne d'évacuation s'ouvre, ce qui provoque l'évacuation de l'air comprimé contenu dans le logement du rotor. Simultanément, le niveau de l'eau contenu dans le logement du rotor monte et ce logement se remplit d'eau. Cela constitue l'opération de renoyage du rotor et, après détection du moment où la pression d'amorçage est atteinte, dans le logement du rotor, on ferme la vanne d'évacuation.

Bien qu'il soit, évidemment, nécessaire que l'air comprimé soit complètement évacué du logement du rotor au moment de la fermeture complète de la vanne d'évacuation, il est, en fait, impossible d'évacuer complètement l'air de ce logement, à cause de l'écoulement tourbillonnant provoqué par l'eau ou par la forme du rotor et des couvercles. En particulier, dans une machine hydraulique fonctionnant à vitesse élevée et sous une forte pression hydrostatique, la forme du rotor et des conduits de distribution est si plate, que, dans le cas extrême, il devient impossible d'évacuer l'air comprimé et, par conséquent, d'obtenir le démarrage de la turbine en pompe. De toute manière, une grande fraction de l'oxygène de l'air qui est retenue dans le logement du rotor se dissout dans l'eau à cause de l'écoulement tourbillonnaire provoqué par la rotation du rotor, ce qui augmente la teneur en oxygène dissous dans l'eau.

Dans les conditions normales de fonctionnement d'une pompe-turbine, après le démarrage de la pompe, on ouvre les vannes directrices, de façon à commencer l'opération de pompage, de sorte que l'eau qui renferme une forte teneur en oxygène, est entraînée dans un réservoir situé au-dessus de la pompe-turbine, en passant à travers une vanne. Par conséquent, il n'y a pas de risque d'endommager les organes de la pompe-turbine par suite de la corrosion provoquée par la présence de l'oxygène dissous.

Toutefois, l'opération de pompage ne commence pas toujours immédiatement après le moment où le générateur électrique est déconnecté du réseau. Il peut donc arriver que la turbine tourne à vide durant un certain laps de temps, pendant lequel la surface du rotor, ainsi que celle du couvercle supérieur et du couvercle inférieur, des aubes directrices, etc., subissent un effet de corrosion résultant de la présence d'oxygène dissous dans l'eau, ce qui se traduit finalement par une diminution du rendement de la pompe-turbine.

La fig. 1 du dessin annexé montre un exemple de corrélation entre la concentration en oxygène dissous dans l'eau et la vitesse de corrosion des organes de la pompe-turbine. Comme on le voit à la fig. 1, la vitesse de corrosion s'accroît linéairement jusqu'à ce que la teneur en oxygène dissous atteigne une valeur qui correspond approximativement à 1% en volume, par rapport à l'eau, tandis que, au-delà de cette valeur de la concentration en oxygène dissous, la vitesse de corrosion décroît rapidement alors que des effets de corrosion localisés commencent à apparaître.

La présente invention a précisément pour but de fournir une installation hydraulique comprenant une pompe-turbine ainsi qu'un procédé de mise en action d'une telle installation permettant d'éviter la corrosion de la surface des organes d'une telle machine par l'oxygène dissous dans l'eau.

A cet effet, l'installation selon l'invention est caractérisée par le fait qu'elle comprend une pompe-turbine munie d'aubes directrices et un aspirateur-diffuseur, au moins une vanne agencée de manière à permettre d'alimenter en air comprimé le logement du rotor de la pompe-turbine au moment du démarrage en pompe, de façon à provoquer l'abaissement du niveau de l'eau dans ce logement et à permettre d'entraîner le rotor en rotation dans l'air, au moins une vanne agencée de manière à permettre d'évacuer l'air comprimé du logement du rotor lorsque la vitesse de rotation du rotor atteint la valeur normale de fonctionnement en pompe, en provoquant ainsi le remplissage de ce logement par de l'eau, un tuyau d'écoulement agencé de manière à permettre la vidange de l'eau, renfermant une forte teneur en oxygène dissous, qui se trouve au voisinage de la périphérie du rotor, des moyens pour détecter le moment où la pression d'amorçage est atteinte dans le logement du rotor et une minuterie, recevant le signal de sortie de ces moyens de détection et agencée de manière à permettre de fermer, avec un temps de retard prédéterminé par rapport à l'instant d'émission de ce signal, une vanne intercalée sur ledit tuyau d'écoulement.

Le procédé de mise en action de cette installation est caractérisé par le fait qu'il comprend les opérations suivantes: alimenter en air comprimé le logement du rotor de la pompe-turbine et ouvrir la vanne du canal de fuite d'une aube directrice, au moment de la mise en route de la pompe-turbine, de manière à provoquer l'abaissement du niveau de l'eau dans ce logement et à permettre d'entraîner le rotor en rotation dans l'air, évacuer l'air comprimé du logement du rotor lorsque la vitesse de rotation du

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rotor atteint la valeur normale de fonctionnement en pompe, en provoquant ainsi le remplissage de ce logement par de l'eau, faire écouler dans la passe-déversoir l'eau renfermant une forte teneur en oxygène dissous, qui se trouve au voisinage de la périphérie du rotor, au moyen d'un tuyau d'écoulement agencé de manière à permettre la vidange de l'eau qui s'écoule à travers les aubes directrices, détecter le moment où la pression d'amorçage est atteinte dans le logement du rotor et fermer la vanne du canal de fuite avec un temps de retard prédéterminé à partir du moment de la détection de la pression d'amorçage.

Dans le dessin annexé:

la fig. 1 est un diagramme réprésentant la variation de la vitesse de corrosion (en mg/dm2/j) en fonction de la concentration, exprimée en volume %, de l'oxygène dissous dans l'eau;

la fig. 2 est une représentation en coupe schématique de l'installation hydraulique selon l'invention, et la fig. 3 est un schéma-bloc illustrant les différentes étapes du procédé de mise en action de cette installation.

Une description détaillée du procédé de mise en action de l'installation selon l'invention est donnée ci-dessous en se référant aux fig. 2 à 4.

La fig. 2 montre un exemple de réalisation d'une pompe-turbine du type Francis, comprenant un rotor 2 placé à l'extrémité inférieure d'un arbre 1. Le rotor 2 tourne dans un logement 3 qui est entouré par les couvercles supérieur et inférieur 4 et 5, respectivement. Des aubes directrices 6, des cloisons avant-directrices 7 et une bâche-spirale 8 sont disposées radialement à l'extérieur du logement de rotor 3, de manière connue, et un aspirateur-diffuseur 9 est disposé au-dessous du logement du rotor 3. Le couvercle supérieur 4 est relié à un tuyau d'alimentation et d'évacuation 10 dont une extrémité débouche sur la face arrière du rotor 2 et dont l'autre extrémité est raccordée à une source d'air comprimé 11 et à un tuyau d'évacuation 20. Des vannes 12 et 19 permettant de régler l'alimentation ou l'évacuation de l'air comprimé sont placées le long du tuyau 10.

Le couvercle inférieur 5 est raccordé à l'aspirateur-diffuseur 9 par l'intermédiaire d'un canal de fuite 13 muni d'une vanne de fermeture 14. Les couvercles supérieur et inférieur 4 et 5 sont reliés entre eux au moyen de conduits d'équilibrage de pression extérieur et intérieur 15 et 16 qui permettent d'éliminer les différences de pression entre ces couvercles.

Le procédé de mise en action, conforme à l'invention, de l'installation hydraulique qui vient d'être décrite est le suivant, en se référant à la fig. 3.

Au début, lorsqu'un ordre de pompage est donné à la pompe-turbine, les aubes directrices 6 sont complètement fermées et la vanne du canal de fuite 14 est ouverte, de même que la vanne d'alimentation 12. Ainsi, le logement du rotor 3 est alimenté en air comprimé provenant de la source d'air comprimé 11, par l'intermédiaire du tuyau 10, ce qui provoque l'abaissement du

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niveau de l'eau dans le logement 3 vers l'aspirateur-diffuseur 9. La vanne 12 est complètement fermée lorsque le niveau de l'eau atteint un niveau prédéterminé au-dessous du rotor 2.

Habituellement, un moteur-générateur de démarrage (non représenté) est monté sur l'arbre 1. Le moteur de démarrage est mis en route, au moment qui vient d'être indiqué, de manière à faire démarrer la pompe dans l'air. Lorsque le rotor atteint sa vitesse de rotation normale, le générateur est raccordé au réseau d'alimentation électrique et on poursuit l'opération de mise en route. Lors de cette étape, on fait écouler l'eau de fuite des aubes directrices 6, qui s'écoule dans le logement du rotor 3, en direction de l'aspirateur-diffuseur 9 par le canal de fuite 13.

Lors de l'opération suivante, lorsque la vanne d'évacuation 19 est ouverte en vue de provoquer l'échappement de l'air comprimé du logement du rotor 3 vers l'atmosphère, à travers les tuyaux 10 et 20, le niveau de l'eau, au-dessous du rotor 2, s'élève progressivement, sous l'effet de la pression atmosphérique et, par conséquent, le logement du rotor se remplit d'eau, ce qui déclenche la mise à l'arrêt du moteur de démarrage. Lorsque la pression dans le logement 3 atteint une pression d'amorçage prédéterminée, un relais temporisé 18 comprenant une minuterie est déclenché et la vanne de fermeture du canal de fuite 14 est fermée avec un temps de retard prédéterminé par la minuterie. Il est avantageux de régler ce temps de retard de façon que l'eau, qui contient une grande proportion d'oxygène dissous, localisée au voisinage de la périphérie du rotor 2, soit complètement expulsée par le canal de fuite 13 en direction de l'aspirateur-diffuseur 9.

Etant donné que l'extrémité du tuyau 13, qui débouche à travers le couvercle inférieur 5, est habituellement placée au voisinage de la périphérie du rotor, la pression exercée à cet endroit est très élevée et il existe une grande différence de pression entre cette ouverture du tuyau 13 et l'extrémité supérieure de l'aspirateur-diffuseur 9 qui est raccordée au logement du rotor 3, ce qui permet d'entraîner une grande quantité d'eau.

Ainsi, du fait que l'instant de la fermeture de la vanne du canal de fuite 14 est préréglée avec un retard fixé à l'avance par rapport au moment où l'on détecte que la pression d'amorçage est atteinte, dans les conditions de fonctionnement normales de la pompe-turbine, l'eau qui renferme une grande quantité d'oxygène dissous, contenue dans le logement du rotor, peut être chassée vers la passe-déversoir à travers l'aspirateur-diffuseur. Cela permet de réduire efficacement la corrosion des surfaces du rotor, des couvercles supérieur et inférieur, des vannes directrices, etc. Cela permet, en outre, de prolonger la durée de vie des organes constitutifs de la pompe-turbine et d'éviter la diminution de rendement du rotor résultant de l'effet de corrosion.

Bien que, à la fig. 2, l'extrémité de sortie du canal de fuite 13 soit raccordée à l'aspirateur-diffuseur 9, cette extrémité pourrait également être directement connectée à la passe-déversoir.

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Claims

620017 2 REVENDICATIONS

1. Installation hydraulique, caractérisée par le fait qu'elle comprend une pompe-turbine munie d'aubes directrices et un aspirateur-diffuseur, au moins une vanne agencée de manière à permettre d'alimenter en air comprimé le logement du rotor de la pompe-turbine au moment du démarrage en pompe, de façon à provoquer l'abaissement du niveau de l'eau dans ce logement, et à permettre d'entraîner le rotor en rotation dans l'air, au moins une vanne agencée de manière à permettre d'évacuer l'air comprimé " du logement du rotor lorsque la vitesse de rotation du rotor atteint la valeur normale de fonctionnement en pompe, en provoquant ainsi le remplissage de ce logement par de l'eau, un tuyau d'écoulement agencé de manière à permettre la vidange de l'eau, renfermant une forte teneur en oxygène dissous, qui se trouve au voisinage de la périphérie du rotor, des moyens pour détecter le moment où la pression d'amorçage est atteinte dans le logement du rotor et une minuterie, recevant le signal de sortie de ces moyens de détection et agencée de manière à permettre de fermer, avec un temps de retard prédéterminé par rapport à l'instant d'émission de ce signal, une vanne intercalée sur ledit tuyau d'écoulement.

2. Procédé de mise en action de l'installation selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend les opérations suivantes : alimenter en air comprimé le logement du rotor de la pompe-turbine et ouvrir la vanne du canal de fuite d'une aube directrice, au moment de la mise en route de la pompe-turbine, de manière à provoquer l'abaissement du niveau de l'eau dans ce logement et à permettre d'entraîner le rotor en rotation dans l'air, évacuer l'air comprimé du logement du rotor, lorsque la vitesse de rotation du rotor atteint la valeur normale de fonctionnement en pompe, en provoquant ainsi le remplissage de ce logement par de l'eau, faire écouler, dans la passe-déversoir, l'eau, renfermant une forte teneur en oxygène dissous, qui se trouve au voisinage de la périphérie du rotor, au moyen d'un tuyau d'écoulement agencé de manière à permettre la vidange de l'eau qui s'écoule à travers les aubes directrices, détecter le moment où la pression d'amorçage est atteinte dans le logement du rotor et fermer la vanne du canal de fuite avec un temps de retard prédéterminé à partir du moment de la détection de la pression d'amorçage.