WO1995014866A1 - Perfectionnement pour paliers de turbines hydrauliques - Google Patents

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WO1995014866A1
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hydraulic turbine
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water
turbine
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Charles Denat
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Minoterie E. Clechet S.A.
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F03B11/06—Bearing arrangements
    • F03B11/063—Arrangements for balancing axial thrust
    • F03B11/066—Arrangements for balancing axial thrust in vertical axis machines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F16C17/03—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with tiltably-supported segments, e.g. Michell bearings
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    • F16C33/26—Brasses; Bushes; Linings made from wire coils; made from a number of discs, rings, rods, or other members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Definitions

  • the present invention relates to the field of hydraulic turbines and relates to a new type of particularly efficient bearings.
  • Hydraulic turbines have been well known for a long time and their use today is very widespread. They are of the so-called “Kaplan”, “Francis” or “Pelton” type and consist of a paddle wheel placed in a flow of water forcing it to pivot around its axis to drive an asynchronous alternator or generator and thus create electric current.
  • the actual wheel has radially extending blades and is connected to the alternator rotor by a drive shaft.
  • the type of turbine used depends on a number of factors, such as the flow rate or the height of the waterfall.
  • a commonly used type of turbine is the so-called "Kaplan" turbine, the motor shaft of which is either horizontal or arranged vertically and is generally retained by a bearing with a shaft outlet seal and the bearings of the generator.
  • the bearing of the turbine is quite distant from the bearing of the generator and the length of the shaft between them is long enough requiring oversizing of the drive shaft, because the rigidity and the number of supports are insufficient for avoid deformation of the moving shaft which vibrates and can enter into resonance.
  • the present invention therefore seeks to solve the drawbacks of current bearings and proposes a new type of hydrostatic bearing with a high rigidity in holding the shaft.
  • Said bearing being supplied with clean pressurized water and the water preferably being taken into the flow of the turbine and filtered by an appropriate device.
  • the bearing for a hydraulic turbine shaft is characterized in that the bearing body comprises a succession of vertical lateral guide pieces made of high density synthetic material, projecting over the entire height of the central hole of said bearing to form a succession of longitudinal water reserves between the projecting parts, each of said reserves being supplied with clean water under pressure by a calibrated radial supply hole.
  • the bearing body comprises a peripheral supply duct supplied with pressurized clean water by means of an upstream supply pipe, each of the radial holes communicating in said peripheral duct, and it comprises an upper leak ring and a lower trailing ring, each of the rings comprising a circular groove, respectively an upper circular groove for the upper ring and a lower circular groove for the lower ring, the two circular grooves communicating with each other by vertical holes of communication.
  • the upper leakage ring comprising a discharge hole communicating with the upper circular groove and connected to a downstream evacuation pipe allowing the return of clean water to the filtration tank.
  • all the peripheral elements of the bearing consist of two half peripheral elements to allow disassembly, without having to disassemble or the shaft, nor the turbine wheel.
  • the invention also relates to an equipped turbine, which advantageously comprises an auxiliary water circuit intended for supplying the bearings, said circuit comprising a self-cleaning water intake disposed in the flow of water from the turbine, and filtration means and a pressurizing pump.
  • the installation comprising two bearings, a lower bearing, and an upper bearing advantageously replacing the usual shaft seal.
  • the turbine of the invention comprises a sealed central duct containing the shaft consisting of an upper central tube and a first divergent part connecting the upper leakage ring of the lower bearing to the lower leakage ring of the upper landing.
  • Said divergent part is removable allowing access to the lower bearing, the flow conduit comprising when it a removable inspection hatch.
  • FIG. 1 is an overall diagram illustrating an example of a hydraulic installation equipped with the bearings according to the invention.
  • FIGS 2 to 5 illustrate an embodiment of the lower bearing.
  • Figure 2 is a longitudinal sectional view passing through the axis.
  • Figure 3 is a top view.
  • Figure 4 is a cross-sectional view along IN-IV.
  • Figure 5 is a partial view similar to Figure 4 but on a larger scale.
  • FIG. 6 to 8 illustrate an embodiment of the lower level.
  • Figure 6 is a longitudinal sectional view.
  • Figure 7 is a top view.
  • Figure 8 is a cross-sectional view along VIII-VIII, the motor shaft having been removed.
  • FIG. 9 illustrates a preferred embodiment of a device for filtering water intended for the bearings.
  • FIG. 10 illustrates an alternative embodiment
  • the turbine given by way of example is a Kaplan type turbine which is known per se and which will not be described in detail. Note however that it is constituted by a pivoting wheel (1) disposed in a flow of water (2), forcing it to pivot around a vertical axis (XX ') to drive a generator (3) and thus create Electric power. Also the wheel proper (1) has blades (4) extending radially and is connected to the rotor of the generator (3) by a motor shaft (5), of vertical axis (XX '). The wheel (1) is retained at the lower part of the shaft (5) in the lower part (6) of the central portion (7) of the flow conduit (11) which is also connected to an upstream portion ( 8) via a bent portion (9), as well as a downstream portion (10). The flow (2) of water being from the upstream portion (8) to the downstream portion (10) by driving the wheel (1) via its blades (4).
  • the shaft (5) is retained in the flow conduit (11) by two bearings, namely a lower bearing (12) and an upper bearing (13).
  • the upper bearing (13) is disposed outside the flow duct (11) in place of the usual shaft outlet seal while the lower bearing (12) is arranged just above the wheel at the end. inside said flow conduit (11).
  • the drive shaft (5) and the lower bearing (12) are housed in a sealed central duct (14) constituted by an upper central tube (14a) extended downwards by a first diverging part (14b) constituted by a conical wall converging upwards and a second converging part (1 c) constituted by a conical wall converging downwards.
  • Said divergent first part (14b) being removable to access the lower bearing (12) while the wall of the central portion of the flow conduit (11) comprises a removable inspection hatch (15) allowing access to said conduit, of course after having closed the water inlet valve located upstream.
  • the second converging part (14c) is fixed to the wall of the duct (11) by means of a succession of fixed and inclined radial walls (16) serving as fixed guidelines for the flow of water and comprises two horizontal retaining walls, an upper diametral wall (25) and a lower diametral wall (25a).
  • the peripheral elements of the bearing are in two parts and formed by the association of two peripheral half-elements substantially symmetrical with respect to the vertical axis XX '.
  • the area of the shaft retained by the lower bearing (12) comprises an outer jacket (17) constituted by a peripheral cylindrical wall formed by two half-shirts (17a, 17b) retained around the shaft, at its lower part by a groove made in the turbine coupling plate and at its upper part by a retaining ring (60) formed by two half rings (60a, 60b).
  • said bearing consists of a bearing body (18) comprising a succession of several vertical lateral guide pieces (19).
  • the bearing body (18) is formed by two half-bodies (18a, 18b) fixed to each other by means of fixing screws (20).
  • the bearing body (18) is fixed by its upper flange (24) on the upper diametrical wall (25) by means of a set of screws (26).
  • the bearing body (18) comprises seven vertical lateral guide pieces (19a, 19b, 19c, 19d, 19e, 19f, 19g) distributed regularly between said body (18) and the shirt (17).
  • Each of the guide pieces is made of high density synthetic material and is constituted by a vertical profile with an axis (xl, x'1) comprising a cylindrical part (21) embedded in the bearing body having a radius "r "and a projecting part (29) inside the central hole (22) comprising a cylindrical bearing surface (23) of diameter" Dl “slightly greater than the outside diameter” D "of the jacket (17).
  • the set of bearing surfaces (23a, 23b, 23c, 23d, 23e) thus forming a cylindrical guide support for the jacket and projecting by a value (e) relative to the internal peripheral surface (28) of the bearing housing.
  • each of the retaining parts projects inside the hole (22) for passage of the shaft
  • the successive projecting parts (29) form with the internal surface (28) of said hole (22) a succession of seven water reserves (30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g).
  • Each of these reserves extending vertically over the entire height (H) of the internal surface (28) of the hole (22) for passage of the shaft.
  • a film of pressurized water (f) is formed between the outer surface (170) of the jacket (17) and the bearing surface (23) of each of the retaining parts (19).
  • each reserve comprises a radial supply hole respectively (31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g) advantageously calibrated and which communicates in a peripheral conduit for supplying clean water from a pipe upstream pressurized water supply (33) via a vertical pressurized water inlet hole (34).
  • the length of each of the retaining pieces (19) is equal to the height (H) of the internal surface (28) of the hole (22) for the passage of the shaft and that the bearing comprises on the one hand a upper leakage ring (35) and a lower leakage ring (36).
  • Each of the trailing rings comprising a circular groove, respectively an upper circular groove (37) for the upper ring, which communicates by means of a succession of three vertical communication holes (38) with the lower circular groove (39).
  • the upper circular groove is connected to a downstream pipe (40) of return to the filtration tank through a drainage hole (41).
  • the upper leakage ring comprising a succession of mini decompression grooves (42).
  • each of the rings is formed by two half rings linked together, respectively (35a, 35b) for the upper ring (35) and (36a, 36b) for the lower ring to which a second lower ring (43) is also attached.
  • the jacket (17) is advantageously made of stainless steel while the bearing body (18) is steel.
  • the two trailing rings (35, 36) are advantageously made of bronze.
  • the latter is of the hydrostatic type and is supplied with water, and according to an additional characteristic the water used is clean water.
  • the water used is, for example, taken upstream of the flow and is advantageously filtered before being pressurized in the bearing.
  • the installation also includes an auxiliary water circuit (47) for supplying the bearings (12, 13).
  • Said circuit comprises a self-cleaning water intake (48) disposed upstream in the upstream part (8) of the flow circuit.
  • the water from the chute used and containing impurities is brought above a filter (49) by a water intake duct (50), to be filtered therein and to constitute clean water (51) collected in a tank. (52).
  • the clean water (51) being thus filtered is then pressurized by a low-power single-phase pump (53) to be injected into the bearings by the water inlet pipes (33).
  • Said pump being single-phase can advantageously be supplied electrically via an inverter in the event of a momentary absence of current.
  • the pressure of the water supplied to the bearing can be between 3 and 6 bars and be, for example, 5 bars.
  • the duct (50) comprises a solenoid valve (54) while the pump outlet pipe comprises a differential pressure switch (55) whose function is to detect the pressure and to control the shutdown of the turbine if the pressure insufficient water, for example in case of excessive water leakage in the bearings.
  • this type of bearing can operate without water pressure like a conventional bearing and this is one of its advantages. There is then friction without seizing on the lateral guides in high density synthetic material which have a very good resistance to wear. It is to avoid this wear that the pressure switch controls the turbine stop if the pressure drops, to ensure the longevity of the bearing.
  • the downstream evacuation pipe (40) is connected to the tank (52) by a downstream pipe shown in broken lines in Figure 1, so that clean water returns to said tank by economy.
  • the upper bearing (13) which is in place of the usual shaft outlet seal is of the same type as the lower bearing (12). Also, in its description which follows, the parts and elements similar to the lower bearing will bear the same references.
  • the peripheral elements of the bearing are in two parts and formed by the association of two peripheral half-elements substantially symmetrical with respect to the vertical axis XX '.
  • the area of the shaft retained by the lower bearing (12) comprises an outer jacket (17) constituted by a peripheral cylindrical wall formed by two half-shirts (17a, 17b), retained around the shaft, at its lower part by a groove made in a collar integral with the shaft and at its upper part by a retaining ring (60) formed by two half rings (60a, 60b).
  • said bearing consists of a bearing body (18) comprising a succession of several vertical lateral guide pieces (19).
  • the bearing body (18) is formed by two half-bodies (18a, 18b) fixed to each other by means of fixing screws (20).
  • the bearing body (18) is fixed by its upper flange (24) on the upper diametral wall (250) of the central tube (14a) by means of a set of screws (26).
  • the bearing body (18) comprises seven vertical lateral guide pieces (19a, 19b, 19c, 19d, 19e, 19f, 19g) distributed regularly between said body (18) and the shirt (17).
  • Each of the guide pieces is made of high density synthetic material and is constituted by a vertical profile with an axis (xl, x'1) comprising a cylindrical part (21) embedded in the bearing body having a radius "r "and a projecting part (29) inside the central hole (22) comprising a cylindrical bearing surface (23) of diameter" Dl “slightly greater than the outside diameter” D "of the jacket (17).
  • the set of bearing surfaces (23a, 23b, 23c, 23d, 23e) thus forming a cylindrical guide support for the jacket and projecting by a value (e) relative to the internal peripheral surface (28) of the bearing housing.
  • each of the retaining parts projects inside the hole (22) for passage of the shaft, the successive projecting parts (29) form with the internal surface (28) of said hole (22) a succession of seven water reserves (30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g).
  • Each of these reserves extending vertically over the entire height (H) of the internal surface (28) of the hole (22) for passage of the shaft.
  • each reserve comprises a radial supply hole respectively (31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g) advantageously calibrated and which communicates in a peripheral conduit for supplying clean water from a pipe upstream pressurized water supply (33) via a vertical pressurized water inlet hole (34).
  • each of the guide pieces (19) is equal to the height (H) of the internal surface (28) of the hole (22) for the passage of the shaft and that the bearing comprises on the one hand a upper leakage ring (35) and a lower leakage ring (36).
  • Each of the trailing rings comprising a circular groove, respectively an upper circular groove (37) for the upper ring, which communicates by means of a succession of vertical communication holes (38) with the lower circular groove (39).
  • the upper circular groove is connected to a downstream pipe (40) returning to the filtration tank by a discharge hole (41).
  • the lower leakage ring comprising a succession of mini decompression grooves (42).
  • each of the rings is formed by two half rings linked together, respectively (35a, 35b) for the upper ring (35) and (36a, 36b) for the lower ring.
  • a second upper ring (430) also formed by two half rings (43a, 43b) retaining a ring or a sealing braid (450), made of synthetic material.
  • the filtration device (49) may be of any type, but it may advantageously be constituted by a drop filter, as schematically illustrated 'in Figure 9.
  • the device comprising a drop filter (49) whose drive is supplied by a drive device (E) controlled by a motor (M).
  • a sensor (60) for determining when the filter should be moved.
  • FIG. 10 illustrates another embodiment of the lower leakage ring (36), this variant bearing the reference (36 ') and being of the same type as the upper ring (35) of the lower bearing (12).
  • the trailing ring comprises a circular groove (39) and a succession of decompression grooves (42'a, 42'b, 42'c, 42'd).
  • the last groove (42'd) being connected to the circular groove (39) by one or more compression conduits (420).
  • the last groove (42d) being at a distance (h2) from the underside of the ring, said distance (h2) being less than the distance (hl) of the first groove (42a) relative to the circular groove (39) thus improving performance and thus promoting the passage of water through the compression conduits (420).

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Abstract

Palier pour arbre de turbine hydraulique caractérisé en ce que le corps de palier (18a, 18b) comprend une succession de pièces verticales de retenue (19a, 19b, 19c, 19d, 19e, 19f, 19g) réalisées en matériau synthétique, faisant saillie à l'intérieur du trou central dudit palier pour constituer entre les parties en saillie une succession de réserves d'eau longitudinales, chacune desdites réserves (30) étant alimentée en eau propre sous pression par un trou radial d'alimentation (31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g).

Description

PERFECTIONNEMENT POUR PALIERS DE TURBINES HYDRAULIQUES
La présente invention est relative au domaine des turbines hydrauliques et concerne un nouveau type de paliers particulièrement performant.
Les turbines hydrauliques sont bien connues depuis fort longtemps et leur utilisation de nos jours est très largement répandue. Elles sont du type dit "Kaplan", "Francis" ou "Pelton" et sont constituées par une roue à pales disposée dans un écoulement d'eau la forçant à pivoter autour de son axe pour entraîner un alternateur ou une génératrice asynchrone et créer ainsi du courant électrique.
Aussi, la roue proprement dite possède des pales s'étendant radialement et est reliée au rotor de l'alternateur par un arbre moteur. Le type de turbine utilisé dépend d'un certain nombre de facteurs, comme, par exemple, le débit ou la hauteur de la chute d'eau. Un type de turbine couramment utilisé est la turbine dite "Kaplan" dont l'arbre moteur est soit horizontal soit disposé verticalement et est retenu en général par un palier avec un joint de sortie d'arbre et les paliers de la génératrice. Généralement le palier de la turbine est assez éloigné du palier de la génératrice et la longueur de l'arbre entre ceux-ci est assez longue obligeant au surdimensionnement de l'arbre d 'entraînement, car la rigidité et le nombre des appuis sont insuffisants pour éviter la déformation de l'arbre en mouvement qui vibre et peut entrer en résonnance. Les vibrations perpétuelles et les déformations de l'arbre par flexion provoquent une usure indésirable voire même une détérioration importante très rapide des paliers proprement dits qui battent dans leurs appuis. Il y a donc nécessité de remplacer très souvent les paliers pour assurer un bon fonctionnement de la turbine. On comprend que le démontage des paliers est une opération très coûteuse pour différentes raisons et notamment celle d'avoir à arrêter la turbine entraînant alors des pertes importantes d'exploitation et également d'avoir à remplacer les parties détériorées des paliers voire même remplacer l'arbre proprement dit ce qui nécessite aussi des frais d'entretien non négligeables. A ce jour, aucune solution de construction de palier n'est satisfaisante sur ce point. Les paliers conventionnels sont des paliers de guidage à frottement avec des jeux importants qui ne font qu'augmenter au fur et à mesure de l'usure. La rigidité de tels paliers est faible et ils ne maitiennent pas l'arbre de façon suffisante lors des vitesses critiques et il y a détérioration prématurée. Il existe bien entendu des paliers hydrostatiques utilisant de l'huile sous pression. Mais cette solution n'est pas idéale car l'huile est un liquide relativement cher et les pertes inévitables font que l'huile finit par polluer l'eau de la chute, ce qui, de nos jours, est fortement déconseillé.
La présente invention veut donc résoudre les inconvénients des paliers actuels et propose un nouveau type de palier hydrostatique d'une rigidité importante de maintien de l'arbre. Ledit palier étant alimenté en eau propre sous pression et l'eau étant de préférence prise dans l'écoulement de la turbine et filtrée par un dispositif approprié.
Ainsi selon l'invention, le palier pour arbre de turbine Hydraulique est caractérisé en ce que le corps de palier comprend une succession de pièces verticales de guidage latéral réalisées en matériau synthétique de haute densité, faisant saillie sur toute la hauteur du trou central dudit palier pour constituer entre les parties en saillie une succession de réserves d'eau longitudinales, chacune desdites réserves étant alimentée en eau propre sous pression par un trou radial calibré d'alimentation.
Selon une caractéristique complémentaire, le corps de palier comprend un conduit périphérique d'alimentation alimenté en eau propre sous pression grâce à un tuyau amont d'alimentation, chacun des trous radiaux communiquant dans ledit conduit périphérique, et il comprend une bague de fuite supérieure et une bague de fuite inférieure, chacune des bagues comprenant une gorge circulaire, respectivement une gorge circulaire supérieure pour la bague supérieure et une gorge circulaire inférieure pour la bague inférieure, les deux gorges circulaires communiquant l'une avec l'autre par des trous verticaux de communication. La bague de fuite supérieure comprenant un trou d'évacuation communiquant avec la gorge circulaire supérieure et reliée à un tuyau aval d'évacuation permettant le retour de l'eau propre au bac de filtra tion.
Selon une autre caractéristique de l'invention, tous les éléments périphériques du palier, à l'exception des pièces verticales de retenue, sont constitués de deux demi éléments périphériques pour en permettre le démontage, et ce sans avoir à démonter ni l'arbre, ni la roue de la turbine.
L'invention concerne aussi une turbine équipée, et qui comprend avantageusement un circuit d'eau auxilliaire destiné à l'alimentation des paliers, ledit circuit comprenant une prise d'eau autonettoyante disposée dans l'écoulement d'eau de la turbine, et des moyens de filtration ainsi qu'une pompe de mise en pression. L'installation comprenant deux paliers, un palier inférieur, et un palier supérieur remplaçant avantageusement le joint d'arbre habituel.
Selon une caractéristique complémentaire, la turbine de l'invention comprend un conduit central étanche contenant l'arbre constitué d'un tube central supérieur et d'une première partie divergente reliant la bague de fuite supérieure du palier inférieur à la bague de fuite inférieure du palier supérieur. Ladite partie divergeante est démontable permettant l'accès au palier inférieur, le conduit d'écoulement comprenant quand à lui une trappe de visite amovible.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention se dégageront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés qui ne sont donnés qu'à titre d'exemples non limitatifs.
La figure 1 est un schéma d'ensemble illustrant un exemple d'installation hydraulique équipée des paliers selon l'invention.
Les figures 2 à 5 illustrent un mode d'exécution du palier inférieur.
La figure 2 est une vue en coupe longitudinale passant par l'axe.
La figure 3 est une vue de dessus.
La figure 4 est une vue en coupe transversale selon IN-IV. La figure 5 est une vue partielle similaire à la figure 4 mais à plus grande échelle.
Les figures 6 à 8 illustrent un mode d'exécution de palier inférieur.
La figure 6 est une vue en coupe longitudinale.
La figure 7 est une vue de dessus.
La figure 8 est une vue en coupe transversale selon VIII-VIII, l'arbre moteur ayant été retiré.
La figure 9 illustre un mode d'exécution préféré de dispositif de filtration de l'eau destinée aux paliers.
La figure 10 illustre une variante de réalisation.
La turbine donnée à titre d'exemple est une turbine de type Kaplan qui est connue en soit et qui ne sera pas décrite dans les détails. Notons toutefois qu'elle est constituée par une roue (1) pivotante disposée dans un écoulement d'eau (2), la forçant à pivoter autour d'un axe vertical (XX') pour entraîner une génératrice (3) et créer ainsi du courant électrique. Aussi la roue proprement dite (1) possède des pales (4) s'étendant radialement et est reliée au rotor de la génératrice (3) par un arbre moteur (5), d'axe vertical (XX'). La roue (1) est retenue à la partie inférieure de l'arbre (5) dans la partie inférieure (6) de la portion centrale (7) du conduit d'écoulement (11) qui est par ailleurs relié à une portion amont (8) par l'intermédiaire d'une portion coudée (9), ainsi qu'à une portion aval (10). L'écoulement (2) de l'eau se faisant de la portion amont (8) vers la portion aval (10) en entraînant la roue (1) par l'intermédiaire de ses pales (4).
L'arbre (5) est retenu dans le conduit d'écoulement (11) grâce à deux paliers, à savoir un palier inférieur (12) et un palier supérieur (13). Notons que le palier supérieur (13) est disposé hors du conduit d'écoulement (11) en lieu et place du joint de sortie d'arbre habituel tandis que le palier inférieur (12) est disposé juste au-dessus de la roue à l'intérieur dudit conduit d'écoulement (11). Ainsi l'arbre moteur (5) et le palier inférieur (12) sont logés dans un conduit central étanche (14) constitué par un tube central supérieur (14a) prolongé vers le bas par une première partie divergente (14b) constituée par une paroi conique convergeant vers le haut et une deuxième partie convergente (1 c) constituée par une paroi conique convergeant vers le bas. Ladite partie première divergente (14b) étant démontable pour accéder au palier inférieur (12) tandis que la paroi de la portion centrale du conduit d'écoulement (11) comprend une trappe de visite amovible (15) permettant d'accéder dans ledit conduit, après bien entendu avoir fermé la vanne d'arrivée d'eau située en amont. La deuxième partie convergente (14c) est fixée à la paroi du conduit (11) grâce à une succession de parois radiales fixes et inclinées (16) servant de directrices fixes pour l'écoulement de l'eau et comprend deux parois horizontales de retenue, une paroi diamétrale supérieure (25) et une paroi diamétrale inférieure (25a).
Nous allons décrire ci-après la structure du palier inférieur (12) qui est constitué d'un ensemble d'éléments périphériques entourant l'arbre moteur (5). Selon une des caractéristiques de l'invention, les éléments périphériques du palier sont en deux parties et formés par l'association de deux demi-éléments périphériques sensiblement symétriques par rapport à l'axe vertical XX'.
Ainsi la zone de l'arbre retenue par le palier inférieur (12) comprend une chemise extérieure (17) constituée par une paroi cylindrique périphérique formée par deux demi chemises (17a, 17b) retenues autour de l'arbre, à sa partie inférieure par une gorge réalisée dans le plateau d'accouplement de la turbine et à sa partie supérieure par une bague de retenue (60) formée de deux demi bagues (60a, 60b).
Par ailleurs ledit palier est constitué d'un corps de palier (18) comprenant une succession de plusieurs pièces verticales de guidage latéral (19). Comme précédemment le corps de palier (18) est formé par deux demi corps (18a, 18b) fixés l'un à l'autre grâce à des vis de fixation (20). Notons que le corps de palier (18) est fixé par sa collerette supérieure (24) sur la paroi diamétrale supérieure (25) grâce à un ensemble de vis (26). Selon le mode d'exécution donné à titre d'exemple le corps du palier (18) comprend sept pièces verticales de guidage latéral (19a, 19b, 19c, 19d, 19e, 19f, 19g) réparties régulièrement entre ledit corps (18) et la chemise (17). Chacune des pièces de guidage est réalisée en matériau synthétique de haute densité et est constituée par un profil vertical d'axe (xl, x'1) comprenant une partie cylindrique (21) d'encastrement dans le corps de palier ayant un rayon "r" et une partie faisant saillie (29) à l'intérieur du trou central (22) comprenant une surface d'appui (23) cylindrique de diamètre "Dl" légèrement supérieur au diamètre extérieur "D" de la chemise (17). L'ensemble des surfaces d'appui (23a, 23b, 23c, 23d, 23e) formant ainsi un appui cylindrique de guidage pour la chemise et étant en saillie d'une valeur (e) par rapport à la surface périphérique interne (28) du corps de palier. Par ailleurs étant donné que chacune des pièces de retenue fait saillie à l'intérieur du trou (22) de passage de l'arbre, les parties en saillies successives (29) forment avec la surface interne (28) dudit trou (22) une succession de sept réserves d'eau (30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g). Chacune de ces réserves s'étendant verticalement sur toute la hauteur (H) de la surface interne (28) du trou (22) de passage d'arbre. Notons aussi qu'il se forme un film d'eau sous pression (f) entre la surface extérieure (170) de la chemise (17) et la surface d'appui (23) de chacune des pièces de retenue (19). Par ailleurs chaque réserve comprend un trou radial d'alimentation respectivement (31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g) avantageusement calibré et qui communique dans un conduit périphérique d'alimentation (32) en eau propre provenant d'un tuyau amont d'alimentation en eau sous pression (33) par l'intermédiaire d'un trou vertical d'arrivée d'eau sous pression (34). Notons aussi que la longueur de chacune des pièces de retenue (19) est égale à la hauteur (H) de la surface interne (28) du trou (22) de passage de l'arbre et que le palier comprend d'une part une bague de fuite supérieure (35) et une bague de fuite inférieure (36). Chacune des bagues de fuite comprenant une gorge circulaire, respectivement une gorge circulaire supérieure (37) pour la bague supérieure, qui communique grâce à une succession de trois trous verticaux de communication (38) avec la gorge circulaire inférieure (39). Notons par ailleurs que la gorge circulaire supérieure est reliée à un tuyau aval (40) de retour au bac de filtration par un trou d'évacuation (41). La bague de fuite supérieure comprenant une succession de mini gorges de décompression (42). Comme précédemment chacune des bagues est formée par deux demi bagues liées ensemble, respectivement (35a, 35b) pour la bague supérieure (35) et (36a, 36b) pour la bague inférieure sur laquelle est fixée une deuxième bague inférieure (43) elle aussi formée par deux demi bagues (43a, 43b) retenant trois bagues d'étanchéité (44, 45, 46) réalisées en matériau synthétique, alimentées en eau par deux fines rainures verticales dans la chemise 17 et formées chacune d'elles par deux demi bagues, respectivement (44a, 44b), (45a, 45b), (46a, 46b). Notons que la chemise (17) est réalisée avantageusement en acier inoxydable tandis que le corps de palier (18) est en acier. Les deux bagues de fuite (35, 36) étant avantageusement en bronze.
Selon une caractéristique du palier, ce dernier est du type hydrostatique et est alimenté en eau, et selon une caractéristique complémentaire l'eau utilisée est de l'eau propre. L'eau utilisée est, par exemple, prélevée en amont de l'écoulement et est avantageusement filtrée avant d'être mise en pression dans le palier. Aussi l'installation comprend un circuit auxilliaire d'eau (47) pour alimenter les paliers (12, 13). Ledit circuit comprend une prise d'eau autonettoyante (48) disposée en amont dans la partie amont (8) au circuit d'écoulement. L'eau de la chute utilisée et comportant des impuretés est amenée au dessus d'un filtre (49) par un conduit (50) de prise d'eau, pour y être filtrée et constituer une eau propre (51) recueillie dans un bac (52). L'eau propre (51) étant ainsi filtrée est alors mise en pression par une pompe (53) monophasée de faible puissance pour être injectée dans les paliers par les tuyaux d'arrivée d'eau (33). Ladite pompe étant monophasée, peut être avantageusement alimentée électriquement par l'intermédiaire d'un onduleur en cas d'absence momentanée de courant. La pression de l'eau fournie au palier peut être comprise entre 3 et 6 bars et être, par exemple, de 5 bars. Par ailleurs, le conduit (50) comprend une électrovanne (54) tandis que le tuyau de sortie de la pompe comprend un pressostat différentiel (55) dont la fonction est de détecter la pression et de commander l'arrêt de la turbine si la pression de l'eau est insuffisante, par exemple au cas où il y aurait des fuites d'eau excessives dans les paliers. Il est à noter que ce type de palier peut fonctionner sans pression d'eau comme un palier conventionnel et c'est l'un de ses avantages. Il y a alors frottement sans grippage sur les guidages latéraux en matériau synthétique haute densité qui ont une très bonne résistance à l'usure. C'est pour éviter cette usure que le pressostat commande l'arrêt de la turbine si la pression baisse, pour assurer la longévité du palier. Notons aussi que le tuyau aval d'évacuation (40) est relié au bac (52) par un conduit aval représenté en traits interrompus à la figure 1, et ce, afin que l'eau propre retourne dans ledit bac par économie.
Le palier supérieur (13) qui se trouve en lieu et place du joint de sortie d'arbre habituel est du même type que le palier inférieur (12). Aussi, dans sa description qui va suivre, les pièces et éléments similaires au palier inférieur porterons les mêmes références.
Nous allons décrire ci-après la structure du palier supérieur (13) qui est constitué d'un ensemble d'éléments périphériques entourant l'arbre moteur (5). Selon une des caractéristiques de l'invention, les éléments périphériques du palier sont en deux parties et formés par l'association de deux demi-éléments périphériques sensiblement symétriques par rapport à l'axe vertical XX'.
Ainsi la zone de l'arbre retenue par le palier inférieur (12) comprend une chemise extérieure (17) constituée par une paroi cylindrique périphérique formée par deux demi chemises (17a, 17b), retenue autour de l'arbre, à sa partie inférieure par une gorge réalisée dans une collerette solidaire de l'arbre et à sa partie supérieure par une bague de retenue (60) formée de deux demi bagues (60a, 60b).
Par ailleurs ledit palier est constitué d'un corps de palier (18) comprenant une succession de plusieurs pièces verticales de guidage latéral (19). Comme précédemment le corps de palier (18) est formé par deux demi corps (18a, 18b) fixés l'un à l'autre grâce à des vis de fixation (20). Notons que le corps de palier (18) est fixé par sa collerette supérieure (24) sur la paroi diamétrale supérieure (250) du tube central (14a) grâce à un ensemble de vis (26). Selon le mode d'exécution donné à titre d'exemple le corps du palier (18) comprend sept pièces verticales de guidage latéral (19a, 19b, 19c, 19d, 19e, 19f, 19g) réparties régulièrement entre ledit corps (18) et la chemise (17). Chacune des pièces de guidage est réalisée en matériau synthétique de haute densité et est constituée par un profil vertical d'axe (xl, x'1) comprenant une partie cylindrique (21) d'encastrement dans le corps de palier ayant un rayon "r" et une partie faisant saillie (29) à l'intérieur du trou central (22) comprenant une surface d'appui (23) cylindrique de diamètre "Dl" légèrement supérieur au diamètre extérieur "D" de la chemise (17). L'ensemble des surfaces d'appui (23a, 23b, 23c, 23d, 23e) formant ainsi un appui cylindrique de guidage pour la chemise et étant en saillie d'une valeur (e) par rapport à la surface périphérique interne (28) du corps de palier. Par ailleurs étant donné que chacune des pièces de retenue fait saillie à l'intérieur du trou (22) de passage de l'arbre, les parties en saillies successives (29) forment avec la surface interne (28) dudit trou (22) une succession de sept réserves d'eau (30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g). Chacune de ces réserves s'étendant verticalement sur toute la hauteur (H) de la surface interne (28) du trou (22) de passage d'arbre. Par ailleurs chaque réserve comprend un trou radial d'alimentation respectivement (31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g) avantageusement calibré et qui communique dans un conduit périphérique d'alimentation (32) en eau propre provenant d'un tuyau amont d'alimentation en eau sous pression (33) par l'intermédiaire d'un trou vertical d'arrivée d'eau sous pression (34). Notons aussi que la longueur de chacune des pièces de guidage (19) est égale à la hauteur (H) de la surface interne (28) du trou (22) de passage de l'arbre et que le palier comprend d'une part une bague de fuite supérieure (35) et une bague de fuite inférieure (36). Chacune des bagues de fuite comprenant une gorge circulaire, respectivement une gorge circulaire supérieure (37) pour la bague supérieure, qui communique grâce à une succession de trous verticaux de communication (38) avec la gorge circulaire inférieure (39). Notons par ailleurs que la gorge circulaire supérieure est reliée à un tuyau aval (40) de retour au bac de filtration par un trou d'évacuation (41). La bague de fuite inférieure comprenant une succession de mini gorges de décompression (42). Comme précédemment chacune des bagues est formée par deux demi bagues liées ensemble, respectivement (35a, 35b) pour la bague supérieure (35) et (36a, 36b) pour la bague inférieure. A la bague supérieure (35) est fixée une deuxième bague supérieure (430) elle aussi formée par deux demi bagues (43a, 43b) retenant une bague ou une tresse d'étanchéité (450), réalisée en matériau synthétique.
Le dispositif de filtration (49) peut être de tout type, mais il peut être avantageusement constitué par un filtre déroulant, comme cela est illustré schématiquement' à la figure 9. Le dispositif comprenant un filtre déroulant (49) dont l'entrainement est amené par un dispositif d'entrainement (E) commandé par un moteur (M). Il est prévu un capteur (60) destiné à déterminer quand doit être déplacé le filtre.
La figure 10 illustre un autre mode d'exécution de la bague de fuite inférieure (36), cette variante portant la référence (36') et étant du même type que la bague supérieure (35) du palier inférieur (12). Ainsi la bague de fuite comprend une gorge circulaire (39) et une succession de gorges de décompression (42'a, 42'b, 42'c, 42'd). La dernière gorge (42'd) étant reliée à la gorge circulaire (39) par un ou plusieurs conduits de compression (420). Ainsi il est créé dans la partie basse de la bague de fuite un anneau d'eau sous pression suffisante pour faire obstacle aux remontées éventuelles d'eau sale (12). La dernière gorge (42d) étant à une distance (h2) de la face inférieure de la bague, ladite distance (h2) étant inférieure à la distance (hl) de la première gorge (42a) par rapport à la gorge circulaire (39) améliorant ainsi les performances et favorisant ainsi le passage de l'eau dans les conduits de compression (420).
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés à titre d'exemples, mais elle comprend aussi tous les équivalents techniques ainsi que leurs combinaisons.

Claims

REVENDICATIONS
1. Palier (12, 13) pour arbre (5) du type comprenant une succession de pièces de guidage et de retenue (19a, 19b, 19c, 19d, 19e, 19f, 19g) pour ledit arbre (5), caractérisé en ce que ledit palier est un palier pour arbre de turbine hydraulique et en ce que les pièces de guidage et de retenue (19a, 19b, 19c, 19d, 19e, 19f, 19g) sont des profilés réalisés en matériau synthétique et sont partiellement encastrées dans le corps de palier (18) pour faire saillie (29) à l'intérieur du trou central (22) dudit palier pour constituer entre les parties en saillie (29) une succession de réserves d'eau longitudinales (30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g), chacune desdites réserves (30) étant alimentée en eau propre sous pression par un trou radial d'alimentation (31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g).
2. Palier de turbine hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de palier (18) comprend un conduit périphérique d'alimentation (32) alimenté en eau propre sous pression (51) grâce à un tuyau amont d'alimentation (33), chacun des trous radiaux (31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f, 31g) communiquant dans ledit conduit périphérique.
3. Palier de turbine hydraulique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une bague de fuite supérieure (35) et une bague de fuite inférieure (36), chacune des bagues comprenant une gorge circulaire, respectivement une gorge circulaire supérieure (37) pour la bague supérieure et une gorge circulaire inférieure (39) pour la bague inférieure, les deux gorges circulaires communiquant l'une avec l'autre par des trous verticaux de communication (38).
4. Palier de turbine hydraulique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bague de fuite supérieure (35) comprend un trou d'évacuation (41) communiquant avec la gorge circulaire supérieure (37) et reliée à un tuyau aval d'évacuation (40).
5. Palier de turbine hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que tous les éléments périphériques du palier, à l'exception des pièces verticales de retenue (19), sont constitués de deux demi éléments périphériques pour en permettre le démontage, et ce sans avoir à démonter ni l'arbre, ni la roue de la turbine.
6. Palier de turbine hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre (5) comprend une chemise (17) et en ce que chacune des pièces de guidage est réalisée en matériau synthétique de haute densité et est constituée par un profil vertical d'axe comprenant une partie cylindrique (21) d'encastrement dans le corps de palier et une partie faisant saillie (29) à l'intérieur du trou central (22) comprenant une surface d'appui (23) cylindrique de diamètre "Dl" légèrement supérieure au diamètre extérieur "D" de la chemise (17), l'ensemble des surfaces d'appui (23a, 23b, 23c, 23d, 23e) formant ainsi un appui cylindrique de guidage pour la chemise et étant en saillie d'une valeur (e) par rapport à la surface périphérique interne (28) du corps de palier.
7. Palier de turbine hydraulique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le corps du palier (18) comprend sept pièces verticales de guidage latéral (19a, 19b, 19c, 19d, 19e, 19f, 19g) réparties régulièrement entre ledit corps (18) et la chemise (17).
8. Turbine hydraulique équipée du palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit d'eau auxiliaire (47) destiné à l'alimentation des paliers (12, 13), ledit circuit comprenant une prise d'eau (48) disposée dans l'écoulement (2) d'eau de la turbine, et des moyens de filtration (49) ainsi qu'une pompe de mise en pression (53)-
9. Turbine hydraulique selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'entre la pompe (53) et les paliers il est disposé sur le circuit auxiliaire (47) un pressostat différentiel (55) commandant l'arrêt de la turbine quand la pression est inférieure à un seuil prédéterminé.
10. Turbine hydraulique selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comprend un conduit central étanche (14, 14a, 14b, 14c) reliant les deux paliers, constitué d'un tube central supérieur (16a) et d'une première partie divergente (14b) démontable permettant l'accès au palier inférieur (12), le conduit d'écoulement comprenant une trappe de visite amovible (15).
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