FR2999243A1

FR2999243A1 - FRANCIS TYPE PUMP TURBINE AND ENERGY CONVERSION INSTALLATION COMPRISING SUCH A TURBINE PUMP

Info

Publication number: FR2999243A1
Application number: FR1261883A
Authority: FR
Inventors: Sylvain Lavigne; Jean-Bernard Houdeline
Original assignee: Alstom Hydro France SAS
Current assignee: GE Renewable Technologies SAS
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-06-13
Also published as: WO2014090885A1

Abstract

Cette turbine-pompe de type Francis comprend une roue (2) tournant autour d'un axe vertical (X2), cette roue comprenant elle-même un plafond (202), une ceinture (204), des aubes (206), qui s'étendent entre le plafond et la ceinture et qui définissent entre elles des conduits d'écoulement d'eau (10). Des nervures (12) sont disposées chacune dans un conduit d'écoulement, chaque nervure étant globalement parallèle au sens d'écoulement de l'eau (E') dans le conduit et globalement perpendiculaire aux aubes (206) définissant ce conduit. Chaque aube (206) s'étend entre un premier bord (208), formant bord d'attaque lorsque la turbine-pompe fonctionne en mode pompe et bord de fuite lorsqu'elle fonctionne en mode turbine, et un deuxième bord (210), formant bord de fuite lorsque la turbine fonctionne en mode pompe et bord d'attaque lorsqu'elle fonctionne en mode turbine. Chaque nervure (12) s'étend, à partir du premier bord (208) et en direction du deuxième bord (210), sur une longueur (L12) mesurée parallèlement au sens d'écoulement de l'eau (E') dans le conduit (10) correspondant, inférieure à 80% de la distance (D204) entre un point d'attache (P1) du premier bord (208) sur la ceinture (204) et un point d'attache (Q1) du deuxième bord (210) sur la ceinture, mesurée parallèlement au sens d'écoulement de l'eau (E') dans le conduit.This Francis type turbine-pump comprises a wheel (2) rotating about a vertical axis (X2), this wheel itself comprising a ceiling (202), a belt (204), blades (206), which are extend between the ceiling and the waist and define between them water flow conduits (10). Ribs (12) are each disposed in a flow conduit, each rib being generally parallel to the direction of flow of water (E ') in the conduit and generally perpendicular to the vanes (206) defining the conduit. Each blade (206) extends between a first edge (208), a leading edge when the turbine pump operates in pump mode and trailing edge when operating in turbine mode, and a second edge (210), trailing edge when the turbine is operating in pump mode and leading edge when operating in turbine mode. Each rib (12) extends, from the first edge (208) and towards the second edge (210), along a length (L12) measured parallel to the direction of flow of the water (E ') in the corresponding conduit (10), less than 80% of the distance (D204) between a point of attachment (P1) of the first edge (208) on the belt (204) and a point of attachment (Q1) of the second edge ( 210) on the belt, measured parallel to the direction of flow of water (E ') in the conduit.

Description

TURBINE-POMPE DE TYPE FRANCIS ET INSTALLATION DE CONVERSION D'ENERGIE COMPRENANT UNE TELLE TURBINE-POMPE L'invention a trait à une turbine-pompe de type Francis, ainsi qu'a une installation de conversion d'énergie comprenant une telle turbine-pompe. Dans le domaine de la conversion d'énergie hydraulique en énergie électrique ou mécanique, il est connu d'utiliser une turbine Francis pour entrainer en rotation un arbre portant une roue de la turbine, cet arbre étant relié, par exemple, à un alternateur. Certaines turbines, dites turbines-pompes sont réversibles, en ce sens qu'elles peuvent être utilisées pour convertir l'énergie électrique ou l'énergie mécanique en énergie hydraulique, par le déplacement d'une quantité d'eau vers un bassin situé en amont de la turbine-pompe. Ce fonctionnement en mode pompe a généralement lieu pendant des périodes où des besoins en énergie sont les plus faibles. Pendant les périodes de forts besoins en énergie, la turbine-pompe est utilisée en mode turbine en inversant le sens de rotation de l'arbre. Un enjeu persistant pour les turbines-pompes reste l'optimisation du fonctionnement en mode pompe, sur une gamme de hauteurs de chute et de débits la plus large possible. Il s'avère en effet qu'il existe une zone d'instabilité de fonctionnement, parfois appelé feston, qui limite les performances de la pompe au dessous d'une valeur seuil de débit ou au dessus d'une valeur limite de hauteur de chute. Ceci impacte directement le dimensionnement d'une turbine-pompe et d'une installation de conversion d'énergie comprenant une telle machine hydraulique. La zone d'instabilité mentionnée ci-dessus est le siège de décollements et de zones de recirculation dans la roue de la turbine-pompe, ces phénomènes pouvant induire des fluctuations de pression dans les conduites d'évacuation d'eau à partir de la turbine-pompe et des niveaux de vibrations de l'installation. Il est connu de FR-A-2 811 718 d'installer dans les canaux inter-aubes d'une roue de type Francis des nervures qui s'étendent perpendiculairement aux aubes, globalement selon le sens d'écoulement de l'eau au sein de chaque canal. Si elles améliorent la stabilité de l'écoulement dans certaines conditions d'exploitation, ces nervures, qui s'étendent continument du bord d'attaque au bord de fuite de chaque aube, diminuent le rendement énergétique de l'installation. En outre, lorsqu'une turbine équipée d'une telle roue fonctionne avec un couple résistant nul ou quasi nul, c'est-à-dire dans des contions proches de l'emballement, l'écoulement traversant la turbine est très instable.The invention relates to a Francis-type turbine-pump and to an energy conversion installation comprising such a turbine-pump. . In the field of the conversion of hydraulic energy into electrical or mechanical energy, it is known to use a Francis turbine to drive in rotation a shaft carrying a wheel of the turbine, this shaft being connected, for example, to an alternator. Some turbines, called pump turbines are reversible, in that they can be used to convert electrical energy or mechanical energy into hydraulic energy, by moving a quantity of water to an upstream basin of the turbine-pump. This pump mode operation generally occurs during periods when energy requirements are lowest. During periods of high energy requirements, the turbine-pump is used in turbine mode by reversing the direction of rotation of the shaft. A persistent challenge for pump turbines is the optimization of pump mode operation, over a range of the highest possible drop and flow rates. It turns out that there is a zone of instability of operation, sometimes called festoon, which limits the performance of the pump below a threshold value of flow or above a limit value of height of fall . This directly impacts the design of a turbine pump and an energy conversion installation comprising such a hydraulic machine. The instability zone mentioned above is the seat of delamination and recirculation zones in the wheel of the turbine-pump, these phenomena being able to induce pressure fluctuations in the water discharge pipes from the turbine -pump and vibration levels of the installation. It is known from FR-A-2 811 718 to install in the inter-blade channels of a Francis type wheel ribs which extend perpendicularly to the blades, generally in the direction of flow of the water within. of each channel. If they improve the stability of the flow under certain operating conditions, these ribs, which extend continuously from the leading edge to the trailing edge of each blade, reduce the energy efficiency of the installation. In addition, when a turbine equipped with such a wheel operates with a zero or virtually zero resistant torque, that is to say in contions close to the runaway, the flow through the turbine is very unstable.

C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant une nouvelle turbine-pompe dont la stabilité de fonctionnement est améliorée sur une large plage de débits et de hauteurs de chute en mode pompe. A cet effet, l'invention concerne une turbine-pompe de type Francis comprenant une roue tournant autour d'un axe vertical, cette roue comprenant elle-même un plafond, une ceinture, des aubes qui s'étendent entre le plafond et la ceinture et qui définissent entre elles des conduits d'écoulement d'eau et des nervures disposées chacune dans un conduit d'écoulement, chaque nervure étant globalement parallèle au sens d'écoulement élémentaire de l'eau dans le conduit et globalement perpendiculaire aux aubes définissant ce conduit, chaque aube s'étendant entre un premier bord, formant un bord d'attaque lorsque la turbine fonctionne en mode pompe et un bord de fuite lorsqu'elle fonctionne en mode turbine, et un deuxième bord, formant un bord de fuite lorsque la turbine fonctionne en mode pompe et un bord d'attaque lorsqu'elle fonctionne en mode turbine. Conformément à l'invention, chaque nervure s'étend, à partir du premier bord et en direction du deuxième bord, sur une longueur, mesurée parallèlement au sens d'écoulement de l'eau dans le conduit correspondant, inférieure à 80% de la distance entre un point d'attache du premier bord sur la ceinture et un point d'attache du deuxième bord sur la ceinture, mesurée parallèlement au sens d'écoulement de l'eau dans le conduit.It is these drawbacks that the invention intends to remedy more particularly by proposing a new turbine-pump whose operating stability is improved over a wide range of flow rates and drop heights in pump mode. For this purpose, the invention relates to a Francis-type turbine-pump comprising a wheel rotating about a vertical axis, this wheel itself comprising a ceiling, a belt, blades which extend between the ceiling and the belt and defining between them water flow ducts and ribs each disposed in a flow duct, each rib being generally parallel to the elemental flow direction of the water in the duct and generally perpendicular to the vanes defining it. led, each blade extending between a first edge, forming a leading edge when the turbine operates in pump mode and a trailing edge when operating in turbine mode, and a second edge, forming a trailing edge when the turbine operates in pump mode and a leading edge when operating in turbine mode. According to the invention, each rib extends, from the first edge and towards the second edge, over a length, measured parallel to the direction of flow of the water in the corresponding conduit, less than 80% of the distance between a point of attachment of the first edge on the belt and a point of attachment of the second edge on the belt, measured parallel to the direction of flow of water in the conduit.

Grâce à l'invention, la présence d'une nervure dans chaque conduit d'écoulement assure une meilleure stabilité de l'écoulement lorsque la turbine fonctionne en mode pompe car l'écoulement entrant dans la roue est canalisé vers des conduits élémentaires définis de part et d'autre de la nervure, entre deux aubes adjacentes. D'autre part, la nervure n'influe pas sensiblement sur l'entrée de l'écoulement d'eau dans les conduits inter-aubes lorsque la turbine-pompe fonctionne en mode turbine car la nervure ne s'étend pas jusqu'au voisinage de la zone d'entrée de l'écoulement en mode turbine, compte tenu de sa longueur relativement faible par rapport à la distance entre le premier bord et le deuxième bord des aubes. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, une telle turbine-pompe peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute combinaison techniquement admissible : - La longueur de la nervure est inférieure à 50% de la distance entre les points d'attache des premier et deuxième bords sur la ceinture. - La longueur de chaque nervure est supérieure à 5%, de préférence à 30% de la distance entre les points d'attache des premier et deuxième bords sur la ceinture. - Une seule nervure est disposée dans chaque conduit d'écoulement. - Le rapport entre, d'une part, la distance, mesurée le long du premier bord, entre la nervure et le point d'attache du premier bord sur la ceinture et, d'autre part, la longueur du premier bord est compris entre 5% et 95%, de préférence entre 10% et 50%, de préférence encore égal à environ 30%. - Au moins deux nervures sont disposées dans chaque conduit d'écoulement. - Chaque nervure comprend une partie en saillie au-delà du premier bord des deux aubes entre lesquelles elle s'étend. - Chaque nervure est affleurante avec les premiers bords des aubes entre lesquelles elle s'étend. - Chaque nervure commence en retrait vers l'intérieur du conduit d'écoulement dans lequel elle est située, par rapport aux premiers bords des aubes entre lesquelles elle s'étend. L'invention concerne également une installation de conversion d'énergie hydraulique en énergie électrique ou mécanique, ou de conversion d'énergie mécanique ou électrique en énergie hydraulique, qui comprend une turbine-pompe telle que mentionnée ci-dessus ainsi que des conduits d'amenée d'eau à la turbine-pompe et d'évacuation d'eau à partir de celle-ci. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de deux modes de réalisation d'une turbine-pompe de type Francis et d'une installation conformes à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique de principe, en section axiale, d'une installation conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une section méridienne de la roue de la turbine-pompe de l'installation de la figure 1, lorsque celle-ci est utilisée en mode pompe, - la figure 3 est une section méridienne analogue à la figure 2 lorsque la turbine-pompe est utilisée en mode turbine et - la figure 4 est une section méridienne analogue à la figure 2, pour une turbine- pompe conforme à un deuxième mode de réalisation. L'installation 100 représentée à la figure 1 comprend une turbine-pompe 1 de type Francis dont la roue 2 est destinée à être mise en rotation autour d'un axe vertical X2 par un écoulement forcé d'eau E provenant d'une retenue d'eau non représentée. Ce mode de fonctionnement est représenté aux figures 1 et 3. A la figure 1, pour la clarté du dessin, la roue 2 est représentée en vue extérieure. Un arbre 3 supporte la roue 2 et est couplé à un alternateur 4 qui délivre un courant alternatif à un réseau non représenté. L'installation permet donc de convertir l'énergie hydraulique de l'écoulement E en énergie électrique lorsque la turbine-pompe 1 est utilisée en mode turbine, comme représenté aux figures 1 et 3.Thanks to the invention, the presence of a rib in each flow duct ensures a better stability of the flow when the turbine operates in pump mode because the flow entering the wheel is channeled to elementary ducts defined by and other of the rib, between two adjacent blades. On the other hand, the rib does not influence substantially the entry of the water flow in the inter-vane ducts when the turbine-pump operates in turbine mode because the rib does not extend to the vicinity of the inlet zone of the flow in turbine mode, given its relatively small length relative to the distance between the first edge and the second edge of the blades. According to advantageous but non-obligatory aspects of the invention, such a turbine-pump may incorporate one or more of the following features, taken in any technically permissible combination: - The length of the rib is less than 50% of the distance between the points attaching the first and second edges to the belt. - The length of each rib is greater than 5%, preferably 30% of the distance between the attachment points of the first and second edges on the belt. - A single rib is disposed in each flow conduit. - the ratio between, on the one hand, the distance, measured along the first edge, between the rib and the point of attachment of the first edge on the belt, and, on the other hand, the length of the first edge is between 5% and 95%, preferably between 10% and 50%, more preferably equal to about 30%. - At least two ribs are disposed in each flow conduit. - Each rib comprises a projecting portion beyond the first edge of the two blades between which it extends. - Each rib is flush with the first edges of the blades between which it extends. Each rib begins to recede towards the interior of the flow duct in which it is located, with respect to the first edges of the blades between which it extends. The invention also relates to an installation for converting hydraulic energy into electrical or mechanical energy, or converting mechanical or electrical energy into hydraulic energy, which comprises a turbine-pump as mentioned above, as well as ducts. supplying water to the turbine-pump and discharging water therefrom. The invention will be better understood and other advantages thereof will emerge more clearly in the light of the following description of two embodiments of a Francis type turbine-pump and an installation in accordance with its principle. , given purely by way of example and with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a diagrammatic representation, in axial section, of an installation according to a first embodiment of the invention, FIG. 2 is a meridian section of the wheel of the turbine-pump of the installation of FIG. 1, when it is used in pump mode, FIG. 3 is a meridian section similar to FIG. turbine-pump is used in turbine mode and - Figure 4 is a meridian section similar to Figure 2, for a pump turbine according to a second embodiment. The installation 100 represented in FIG. 1 comprises a Francis-type turbine-pump 1 whose wheel 2 is intended to be rotated about a vertical axis X 2 by a forced flow of water E coming from a reservoir. water not shown. This mode of operation is shown in Figures 1 and 3. In Figure 1, for clarity of the drawing, the wheel 2 is shown in an external view. A shaft 3 supports the wheel 2 and is coupled to an alternator 4 which delivers an alternating current to a network not shown. The installation thus makes it possible to convert the hydraulic energy of the flow E into electrical energy when the turbine-pump 1 is used in turbine mode, as represented in FIGS. 1 and 3.

L'installation 100 peut comprendre plusieurs turbines-pompes 1 alimentées à partir de la même retenue d'eau. En variante, l'arbre 3 peut être couplé à un ensemble mécanique auquel cas l'installation 100 convertit l'énergie hydraulique de l'écoulement E en énergie mécanique lorsque la turbine-pompe 1 fonctionne en mode turbine.The installation 100 may comprise several pump turbines 1 fed from the same water reservoir. In a variant, the shaft 3 can be coupled to a mechanical assembly in which case the installation 100 converts the hydraulic energy of the flow E into mechanical energy when the turbine-pump 1 operates in turbine mode.

La turbine-pompe 1 peut également fonctionner en mode pompe c'est-à-dire dans un mode où la roue 2 est entrainée en rotation par l'alternateur 4 dans le sens de rotation inverse au sens de rotation lorsque la turbine-pompe 1 fonctionne en mode turbine. En mode pompe, l'alternateur 4 fonctionne alors en moteur, pour déplacer une quantité d'eau vers la retenue d'eau non représentée .L'eau s'écoule alors dans le sens des flèches E' à la figure 2, c'est-à-dire en sens inverse des flèches E sur les figures 1 et 3. Dans la variante où l'arbre 3 est couplé à un ensemble mécanique, la roue 2 est entrainée par cet ensemble mécanique lorsque la turbine-pompe 1 fonctionne en mode pompe. Aux figures 2 et 3, les lignes L représentent des lignes d'écoulement imaginaires le long desquelles se déplace l'écoulement E ou E', notamment dans la roue 2.The turbine-pump 1 can also operate in pump mode, that is to say in a mode where the wheel 2 is rotated by the alternator 4 in the direction of rotation opposite to the direction of rotation when the turbine-pump 1 operates in turbine mode. In pump mode, the alternator 4 then operates as a motor, to move a quantity of water to the water reservoir (not shown) .The water then flows in the direction of the arrows E 'in FIG. that is to say in the opposite direction of the arrows E in FIGS. 1 and 3. In the variant where the shaft 3 is coupled to a mechanical assembly, the wheel 2 is driven by this mechanical assembly when the turbine-pump 1 operates in pump mode. In FIGS. 2 and 3, the lines L represent imaginary flow lines along which the flow E or E 'moves, in particular in the wheel 2.

Une conduite forcée 5 permet d'amener l'écoulement E à la roue 2 lorsque la turbine-pompe fonctionne en mode turbine. La conduite 5 s'étend entre la retenue d'eau et une bâche 6 équipée de directrices 7 qui régulent l'écoulement E. Un conduit d'aspiration 8 est prévu en aval de la turbine dans le sens de l'écoulement E pour évacuer cet écoulement et le renvoyer vers le lit d'une rivière, d'un fleuve ou d'un réservoir aval.A forced pipe 5 makes it possible to bring the flow E to the wheel 2 when the turbine-pump is operating in turbine mode. The pipe 5 extends between the water reservoir and a tank 6 equipped with guides 7 which regulate the flow E. A suction pipe 8 is provided downstream of the turbine in the direction of flow E to evacuate this flow and return it to the bed of a river, river or reservoir downstream.

Lorsque la turbine-pompe fonctionne en mode pompe, le conduit 8 sert à alimenter la roue 2 en eau alors que la conduite 5 sert à évacuer l'eau vers la retenue d'eau. La roue 2 comprend un plafond 202, une ceinture 204 et plusieurs aubes 206 réparties autour de l'axe X2 qui est un axe de symétrie pour le plafond 202 et la ceinture 204.When the turbine-pump operates in pump mode, the conduit 8 serves to supply the wheel 2 with water while the pipe 5 serves to evacuate the water to the water reservoir. The wheel 2 comprises a ceiling 202, a belt 204 and several blades 206 distributed around the axis X2 which is an axis of symmetry for the ceiling 202 and the belt 204.

Les aubes 206 ont la même géométrie et comprennent chacune un premier bord 208 et un deuxième bord 210. Le premier bord 208 de chaque aube 206 est plus près de l'axe X2 que le bord 210 de cette aube. Le premier bord 208 d'une aube 206 constitue son bord d'attaque lorsque la turbine-pompe 1 est utilisée en mode pompe, comme représentée à la figure 2, alors qu'il constitue le bord de fuite de cette aube lorsque la turbine-pompe 1 est utilisée en mode turbine, comme représentée à la figure 3. A l'inverse, le deuxième bord 210 d'une aube 206 constitue son bord de fuite lorsque la turbine-pompe 1 est utilisée en mode pompe, comme représentée à la figure 2, alors qu'il constitue le bord d'attaque de cette aube lorsque la turbine-pompe 1 est utilisée en mode turbine, comme représentée à la figure 3.The blades 206 have the same geometry and each comprise a first edge 208 and a second edge 210. The first edge 208 of each blade 206 is closer to the axis X2 than the edge 210 of this blade. The first edge 208 of a blade 206 constitutes its leading edge when the turbine-pump 1 is used in pump mode, as shown in FIG. 2, whereas it constitutes the trailing edge of this blade when the turbine- pump 1 is used in turbine mode, as shown in FIG. 3. Conversely, the second edge 210 of a blade 206 constitutes its trailing edge when the turbine-pump 1 is used in pump mode, as shown in FIG. FIG. 2, whereas it constitutes the leading edge of this blade when the turbine-pump 1 is used in turbine mode, as represented in FIG.

Un conduit 10 de circulation d'eau au sein de la roue 2 est défini entre le plafond 202 et la ceinture 204, dans le plan des figures 2 et 3 et entre deux aubes 206 adjacentes dans une direction orthoradiale par rapport à l'axe X2. Chaque conduit 10 est divisé, au voisinage des bords 208 des aubes 206 qui le délimitent, en deux conduits élémentaires 101 et 102 par une nervure 12 tendue entre les aubes 206 en étant localement parallèle au sens de l'écoulement E lorsque la turbine- pompe est utilisée en mode turbine et/ou à l'écoulement inverse E' lorsque cette turbine-pompe est utilisée en mode pompe. La nervure 12 est globalement perpendiculaire aux aubes 206 entre lesquelles elle s'étend, au moins dans sa zone de jonction avec ces aubes. Dans le cas d'espèce, chaque nervure 12 est globalement parallèle, c'est-à-dire inclinée avec un angle inférieur à 20° par rapportà la ceinture 204. Comme il ressort plus particulièrement des figures 2 et 3, la nervure 12 est sensiblement alignée sur l'une des lignes imaginaires L d'écoulement du flux E ou E' d'eau transitant à travers la roue 2, au sein du conduit 10 dans lequel est placée cette nervure.A conduit 10 for circulating water within the wheel 2 is defined between the ceiling 202 and the belt 204, in the plane of FIGS. 2 and 3 and between two adjacent blades 206 in a direction orthoradial with respect to the axis X2 . Each duct 10 is divided, in the vicinity of the edges 208 of the blades 206 which delimit it, into two elementary ducts 101 and 102 by a rib 12 stretched between the blades 206 being locally parallel to the direction of the flow E when the turbine-pump is used in turbine mode and / or the reverse flow E 'when this turbine-pump is used in pump mode. The rib 12 is generally perpendicular to the blades 206 between which it extends, at least in its junction zone with these blades. In the case in point, each rib 12 is generally parallel, that is to say inclined at an angle less than 20 ° with respect to the belt 204. As is more particularly apparent from FIGS. 2 and 3, the rib 12 is substantially aligned with one of the imaginary lines L of the flow E or E 'flow of water passing through the wheel 2, within the conduit 10 in which is placed this rib.

Dans la configuration de la figure 2, l'écoulement entrant E' est divisé par la nervure 12 en deux écoulements secondaires E'l et E2 transitant respectivement par les conduits élémentaires 101 et 102. Ainsi, l'eau de l'écoulement E' est efficacement canalisée, d'une part dans le conduit élémentaire 101 entre le plafond 202 et la nervure 12, d'autre part dans le conduit élémentaire 102 entre la nervure 12 et la ceinture 204, dans la zone d'entrée de l'eau dans la roue 2. Cette division du conduit 10 en deux conduits élémentaires 101 et 102 dans sa zone d'entrée, dans le sens de fonctionnement en mode pompe, évite une recirculation d'eau dans le sens de la flèche F1 à la figure 2 puisque la présence de la nervure induit une réduction de la section de passage de l'écoulement E' dans sa zone d'entrée dans le canal 10. Ceci implique une augmentation localisée de la vitesse de l'écoulement E'. Ainsi, lorsque la turbine-pompe fonctionne en mode pompe sous faible débit et/ou haute hauteur de chute, la vitesse de l'écoulement E2 dans la zone d'entrée dans le canal élémentaire 102 est suffisante pour atténuer l'amplitude d'une recirculation. En outre la nervure 12 s'oppose à une recirculation d'eau du conduit élémentaire 101 vers le conduit élémentaire 102.In the configuration of FIG. 2, the incoming flow E 'is divided by the rib 12 into two secondary flows E'1 and E2 passing respectively through the elementary ducts 101 and 102. Thus, the water of the flow E' is effectively channeled, on the one hand in the elementary duct 101 between the ceiling 202 and the rib 12, on the other hand in the elementary duct 102 between the rib 12 and the belt 204, in the zone of entry of the water in the wheel 2. This division of the duct 10 into two elementary ducts 101 and 102 in its inlet zone, in the operating direction in pump mode, avoids a recirculation of water in the direction of the arrow F1 in FIG. since the presence of the rib induces a reduction of the passage section of the flow E 'in its zone of entry into the channel 10. This implies a localized increase in the speed of the flow E'. Thus, when the turbine-pump operates in pump mode with a low flow rate and / or a high drop height, the flow velocity E2 in the input zone in the elementary channel 102 is sufficient to attenuate the amplitude of a pump. recirculation. In addition, the rib 12 opposes a recirculation of water from the elementary duct 101 to the elementary duct 102.

Or, en l'absence d'une telle nervure, ces recirculations auraient tendance à créer une zone de perturbation dite zone de « décollement » au voisinage du point P1 d'attache du premier bord 208 d'une aube 206 sur la ceinture 204. Lorsque la turbine-pompe fonctionne en mode turbine, comme représentée à la figure 3, l'écoulement E pénètre et se répartit à l'intérieur du conduit 10 de façon continue au niveau du bord 210 qui constitue alors le bord d'attaque des aubes 206. Ainsi, l'écoulement E n'est pas perturbé dans la zone d'entrée dans le conduit 10 car la nervure 12 ne se prolonge pas jusqu'au voisinage du bord 210. Il en résulte que le rendement de la turbine-pompe utilisée en mode turbine est tout à fait satisfaisant, sans induire les limitations de nervures s'étendant continument entre les bords 208 et 210, comme envisagé dans FR-A-2 811 718. On note Qi le point d'attache du deuxième bord 210 sur la ceinture 204. On note D204 la distance entre les points P1 et Qi, mesurée le long de la ceinture 204, c'est-à-dire parallèlement à l'écoulement E ou E' et aux lignes L au voisinage de la ceinture 204.However, in the absence of such a rib, these recirculations would tend to create a disturbance zone called "peeling" zone in the vicinity of the attachment point P1 of the first edge 208 of a blade 206 on the belt 204. When the turbine-pump operates in turbine mode, as shown in FIG. 3, the flow E penetrates and is distributed inside the duct 10 in a continuous manner at the edge 210 which then constitutes the leading edge of the vanes. 206. Thus, the flow E is not disturbed in the inlet zone in the conduit 10 because the rib 12 does not extend to the vicinity of the edge 210. As a result, the efficiency of the turbine-pump used in turbine mode is quite satisfactory, without inducing the limitations of ribs extending continuously between the edges 208 and 210, as envisaged in FR-A-2 811 718. Note Qi the point of attachment of the second edge 210 on belt 204. D204 is the distance between points P1 and t Qi, measured along the belt 204, that is to say parallel to the flow E or E 'and lines L in the vicinity of the belt 204.

On note L12 la longueur de la nervure 12, mesurée parallèlement aux lignes L, c'est-à-dire parallèlement à l'écoulement E ou E'. Pour conférer une efficacité suffisante à la nervure 12 lorsque la turbine-pompe fonctionne en mode pompe, sans diminuer l'efficacité globale de la turbine-pompe lorsque celle-ci fonctionne en mode turbine, la longueur L12 est choisie inférieure à 80% de la distance D204. En pratique, la longueur L12 peut être choisie inférieure à 50% de la distance D204, de préférence égale à 30% de cette distance. Par ailleurs, la longueur L12 est choisie supérieure à 5% de la distance D204, de préférence supérieure à 25 (3/0 de cette distance. Ainsi, les conduits élémentaires 101 et 102 s'étendent sur une partie seulement de la longueur du conduit 10 dans le sens de l'écoulement E ou E', à savoir entre 5% et 80% selon le choix de la valeur du rapport 1_12/D204. Comme visible aux figures 2 et 3, chaque nervure 12 comprend un nez arrondi 122 qui s'étend en saillie, au-delà du bord 208 par rapport au conduit 10 dans lequel est installée cette nervure 12, c'est-à-dire vers l'amont de ce bord 208 lorsque la turbine-pompe 1 fonctionne en mode pompe. Ce nez 122 permet d'amorcer le confinement des écoulements El et E2 vers les conduits élémentaires 101 et 102 avant même que l'eau ne pénètre dans le conduit 10. En variante, la nervure 12 peut être affleurante avec les bords 208, voire commence en retrait vers l'intérieur du conduit 10 par rapport aux premiers bords 208 des aubes 206 entre lesquelles elle s'étend.L12 denotes the length of the rib 12, measured parallel to the lines L, that is to say parallel to the flow E or E '. To give sufficient efficiency to the rib 12 when the turbine-pump operates in pump mode, without reducing the overall efficiency of the turbine-pump when it operates in turbine mode, the length L12 is chosen to be less than 80% of the turbine. distance D204. In practice, the length L12 may be chosen less than 50% of the distance D204, preferably equal to 30% of this distance. Moreover, the length L12 is chosen to be greater than 5% of the distance D204, preferably greater than 25% (3/0 of this distance) Thus, the elementary ducts 101 and 102 extend over only a portion of the length of the duct In the direction of the flow E or E ', namely between 5% and 80% depending on the choice of the value of the ratio 12 / D204. As can be seen in FIGS. 2 and 3, each rib 12 comprises a rounded nose 122 which projecting beyond the edge 208 with respect to the duct 10 in which this rib 12 is installed, that is to say towards the upstream side of this edge 208 when the turbine-pump 1 is operating in pump mode This nose 122 makes it possible to initiate the confinement of the flows E1 and E2 towards the elementary ducts 101 and 102 even before the water enters the duct 10. In a variant, the rib 12 can be flush with the edges 208, even begins to recede towards the inside of the duct 10 with respect to the first edges 208 of the blades 2 06 between which it extends.

On note P2 le point d'attache du bord 208 d'une aube 206 sur le plafond 202. On note L205 la longueur curviligne du bord 208 c'est-à-dire sa longueur mesurée entre les points P1 et P2 le long de ce bord. On note par ailleurs D12 la distance entre la nervure 12 et le point Pl, cette distance étant mesurée le long du bord 208.P2 is the point of attachment of the edge 208 of a blade 206 on the ceiling 202. L205 is noted the curvilinear length of the edge 208 that is to say its length measured between the points P1 and P2 along this edge. Note also D12 the distance between the rib 12 and the point Pl, this distance being measured along the edge 208.

Le rapport D12/L208 est compris entre 5% et 95%, de préférence entre 10% et 50%, de préférence encore égal à environ 30%. Ceci permet de positionner la nervure 12 dans une zone où elle limite efficacement la recirculation d'eau lorsque la turbine-pompe fonctionne en mode pompe, y compris sous faible débit ou haute chute. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, une seule nervure 12 est disposée dans chaque conduit 10 au voisinage du bord 208 des aubes 206. En variante, et comme représenté à la figure 4 pour le deuxième mode de réalisation dans lequel les éléments analogues à ceux du premier mode de réalisation portent les mêmes références, deux nervures 121 et 122 peuvent être prévues dans chaque conduit 10, en définissant ainsi trois conduits élémentaires 101, 102 et 103 dans lesquels peut se répartir en entrée l'écoulement E', selon des écoulements élémentaires E'1, E2 et E'3, lorsque la turbine-pompe 1 fonctionne en mode pompe. Comme représenté à la figure 4 les nervures 121 et 122 peuvent être de longueurs différentes. Pour le reste, ce mode de réalisation est comparable au précédent et fonctionne de la même façon. En particulier, la longueur L12 de chaque nervure 121 et 122 est comprise entre 5% et 80% de la distance minimale D204 entre les bords 208 et 210 d'une aube. En variante, plus de deux nervures du type nervure 121 et 122 peuvent être prévues dans chaque conduit 10. Quel que soit le mode de réalisation, les nervures 12, 121, 122 et équivalentes sont fixes par rapport aux autres parties constitutives de la roue 2. En particulier, ces nervures sont avantageusement soudées sur les aubes 206 entre lesquelles elles sont disposées au sein d'un conduit 10. On relève que la mise en oeuvre de l'invention est indépendante du nombre d'aubes 206 qui peut être impair, comme dans l'exemple, ou pair.The ratio D12 / L208 is between 5% and 95%, preferably between 10% and 50%, more preferably equal to about 30%. This makes it possible to position the rib 12 in an area where it effectively limits the water recirculation when the turbine-pump operates in pump mode, including low flow or high drop. In the embodiment of Figures 1 to 3, a single rib 12 is disposed in each duct 10 in the vicinity of the edge 208 of the blades 206. Alternatively, and as shown in Figure 4 for the second embodiment in which the elements similar to those of the first embodiment have the same references, two ribs 121 and 122 may be provided in each duct 10, thereby defining three elementary ducts 101, 102 and 103 in which the flow E 'can be distributed, according to elementary flows E'1, E2 and E'3, when the turbine-pump 1 operates in pump mode. As shown in Figure 4 the ribs 121 and 122 may be of different lengths. For the rest, this embodiment is comparable to the previous and works in the same way. In particular, the length L12 of each rib 121 and 122 is between 5% and 80% of the minimum distance D204 between the edges 208 and 210 of a blade. As a variant, more than two rib-like ribs 121 and 122 may be provided in each duct 10. Whatever the embodiment, the ribs 12, 121, 122 and the like are fixed relative to the other constituent parts of the wheel 2 In particular, these ribs are advantageously welded to the blades 206 between which they are arranged in a conduit 10. It is noted that the implementation of the invention is independent of the number of blades 206 which may be odd, as in the example, or even.

Claims

CLAIMS1.- Francis pump turbine (1) comprising a wheel (2) rotating about a vertical axis (X2), this wheel itself including a ceiling (202), a belt (204), vanes ( 206), which extend between the ceiling and the waist and which define between them water flow conduits (10), and ribs (12; 121, 122) each disposed in a flow conduit, each rib being generally parallel to the direction of flow of water (E, E ') in the duct and generally perpendicular to the vanes defining said duct, each vane extending between a first edge (208) forming a leading edge when the turbine-pump operates in pump mode and trailing edge when operating in turbine mode, and a second edge (210), forming trailing edge when the turbine operates in pump mode and leading edge when operating in the mode turbine, characterized in that each rib (12; 121, 122) extends from the first edge (2 08) and towards the second edge (210), along a length (L12) measured parallel to the direction of flow of water (E, E ') in the corresponding conduit (10), less than 80% of the distance (D204) between a point of attachment (P1) of the first edge on the belt and a point of attachment (01) of the second edge on the belt, measured parallel to the direction of flow of water in the conduit.

Turbine-pump according to Claim 1, characterized in that the length (L12) of the rib (12; 121, 122) is less than 50% of the distance (D204) between the attachment points (P1, 01). ) of the first edge (208) and the second edge (210) on the belt (204).

3. Turbine pump according to one of the preceding claims, characterized in that the length (L12) of each rib (12) is greater than 5%, preferably 25% of the distance (D204) between the points d fastening (P1, 01) of the first edge (208) and the second edge (210) to the waistband (204).

4. Turbine pump according to one of the preceding claims, characterized in that a single rib (12) is disposed in each flow conduit (10).

5. Turbine pump according to claim 4, characterized in that the ratio between, on the one hand, the distance (D12), measured along the first edge (208), between the rib (12) and the point d fastening (P1) of the first edge (204) on the belt and, secondly, the length (I-205) of the first edge is between 5% and 95%, preferably between 10% and 50%, of still preferably equal to about 30%.

6. Turbine pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least two ribs (121, 122) are disposed in each flow conduit (10).

7. Turbine pump according to one of the preceding claims, characterized in that each rib (12, 121, 122) comprises a portion (122) projecting beyond the first edge of the two blades (206) between which it extends.

8. Turbine pump according to one of claims 1 to 6, characterized in that each rib is flush with the first edges of the blades (206) between which it extends.

9. Turbine pump according to one of the preceding claims, characterized in that each rib (12, 121, 122) starts recessed towards the inside of the flow duct (10) in which it is located, relative to at the first edge (208) of the blades (206) between which it extends.

10.- Installation (100) for converting hydraulic energy into electrical or mechanical energy and vice versa, characterized in that this installation comprises a turbine-pump (1) according to one of the preceding claims and conduits (5, 8). supplying water to the turbine-pump and discharging water therefrom.