WO2001061185A1 - Roue de turbine kaplan avec des pales ajustables et installation de conversion d'energie - Google Patents

Roue de turbine kaplan avec des pales ajustables et installation de conversion d'energie Download PDF

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WO2001061185A1
WO2001061185A1 PCT/FR2001/000458 FR0100458W WO0161185A1 WO 2001061185 A1 WO2001061185 A1 WO 2001061185A1 FR 0100458 W FR0100458 W FR 0100458W WO 0161185 A1 WO0161185 A1 WO 0161185A1
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WO
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hub
blade
edge
turbine wheel
kaplan turbine
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PCT/FR2001/000458
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English (en)
Inventor
Phong Vinh
Francis Freynet
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Alstom Power Hydro
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/04—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines
    • F03B3/06—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines with adjustable blades, e.g. Kaplan turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12—Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/121—Blades, their form or construction
    • F03B3/123—Blades, their form or construction specially designed as adjustable blades, e.g. for Kaplan-type turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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 invention relates to a Kaplan turbine wheel and to an energy conversion installation incorporating such a wheel.
  • Kaplan turbines comprising a hub capable of rotating around most often a vertical axis and blades mounted on this hub and each articulated about an essentially radial axis relative to this hub.
  • the adaptation of the energy efficiency of the turbine relative to the flow of water passing through it is generally controlled to obtain a substantially constant speed of rotation of the hub shaft, which makes it possible to operate an alternator at high speed and stabilized output frequency.
  • the hub is cylindrical symmetrical about its axis of rotation, with a convex generator seen from the outside.
  • the blades In certain configurations of use, the blades must be oriented with their main surfaces substantially parallel to the direction of flow of the water in order to reduce the detachment generated by this flow on their leading edge. It is therefore important that the internal radial edge of each blade is configured not to interfere with the hub, in particular in its upper part, the diameter of which is relatively large since it contains a mechanism for operating the blades. To do this, we carry out a machining of this edge, sometimes called “offset", which amounts to configuring the internal edge of the blade to the geometry of the hub when the blade is in this position of maximum power or flow.
  • the blades are oriented with their main surfaces making a less significant angle relative to the horizontal. This can be achieved by rotating each blade around its axis of articulation relative to the hub.
  • a blade P rotates relative to the hub M and as shown in FIG. 6, its internal radial edge B no longer adjoins this hub M because the vertical and horizontal radii of curvature of the hub are different.
  • This interstice creates a zone of direct flow of water downstream of the turbine, this direct flow generating no force on the turbine, thereby reducing the total efficiency of the installation.
  • bodies present in the water passing through the turbine are likely to be trapped or shredded in this interval I.
  • This relates in particular to fish and in particular the fry, a large number of which are killed during from passing through a Kaplan turbine, while this could be avoided if the fish followed the normal flow of water through the turbine.
  • detritus having passed through the turbine protection grids is liable to become trapped in the corner part of the gap I which is relatively narrow. It is these drawbacks that the invention intends to remedy more particularly by proposing a new Kaplan turbine wheel structure which makes it possible to maintain a satisfactory energy efficiency of the turbine while it is much more favorable to the survival of fish which cross it.
  • the invention relates to a Kaplan turbine wheel, in which at least one blade is equipped with a movable element for closing a space defined between an edge. internal radial of this blade and the hub of the turbine.
  • This movable obturation element makes it possible to close the space or interstice which tends to be created between the internal radial edge of the turbine and the hub, which makes it possible to divert the flow of water and the fish which it contains. possibly tangentially with respect to the main surfaces of the blade, that is to say along the normal flow path. Fish are therefore no longer at risk of being shredded.
  • the turbine wheel incorporates one or more of the following characteristics:
  • the shutter element is able to extend more or less outside a housing formed in the thickness of the internal radial edge of the blade.
  • the position of the closure element can be adapted to the transverse dimensions of the space or interstice existing between the hub and the internal radial edge of the blade.
  • the shutter element is articulated around an axis generally perpendicular to the internal radial edge of the blade, which allows it to extend more or less outside this edge by pivoting around its axis of joint.
  • the wheel comprises means for loading the closure element in the direction of the hub.
  • the shutter rests by default against the external radial surface of the hub, the position of the shutter relative to the edge of the blade being permanently adapted to the transverse dimensions of the gap existing between this edge and this hub.
  • This elastic load can be obtained by mechanical means, such as a spring, or by hydraulic means, such as a pressure chamber.
  • the shutter element is in the form of a hinged wedge in a receiving housing formed in the thickness of the internal radial edge of the blade.
  • the shutter element is arranged on the side of the leading edge of the blade relative to its axis of articulation on the hub. This aspect of the invention takes advantage of the fact that the internal radial edge of the blade is relatively thick on the side the leading edge of the blade, which allows the housing of the shutter in its thickness. In addition, it is on the side of the leading edge of the blade that there is the greatest risk of parasitic flow of water and shredding of fish.
  • the hub comprises a section in the form of a sphere trunk, this section extending downstream, from the areas of articulation of the blades on the hub, at least up to the level of the trailing edge of each blade in its most open position for flow.
  • the internal radial edge of the blade can, on the trailing edge side, be shaped as an arc of circle of radius substantially equal to that of the sphere circumscribed by the hub, so that the edge the internal radial of the blade remains generally parallel to and close to the external surface of the hub, independently of the orientation of the blade around its axis of articulation on the hub.
  • the axis of articulation of the blade on the hub forms, on the downstream side of the turbine, an acute angle with the axis of rotation of the hub.
  • This characteristic of the invention amounts to "bringing" the axes of articulation of the blades on the hub downstream, so that the internal radial edges of the blades can more easily be shaped relative to the geometry of the upstream parts and downstream of the hub which, in its downstream part, is advantageously in the form of a sphere according to the above.
  • ⁇ aforementioned acute lash has a value between 70 ° and 89 °, preferably of the order of 80 °.
  • the invention also relates to an installation for converting hydraulic energy into other energy, in particular electrical energy, which comprises a Kaplan turbine fitted with a wheel as described above.
  • Such an installation can be easily adjusted, as a function of the flow and height characteristics of the fall used, without risk of parasitic flow, jamming and / or massive destruction of the fauna of a river or reservoir.
  • FIG. 1 is a schematic representation of the principle of an electrical energy production installation incorporating a Kaplan turbine and according to the invention
  • FIG. 2 is a partial schematic perspective view of the turbine of the installation of Figure 1 while a blade is in the maximum open position;
  • FIG. 4 is a partial perspective representation of the internal radial edge of the blade visible in FIGS. 2 and 3, from the side of its leading edge and,
  • FIG. 5 is a section in principle along the line V-V in FIG. 4 in a plane perpendicular to the axis of articulation of the flap, and
  • Figure 6 is a view similar to Figure 3 for a turbine of the prior art.
  • the installation shown in FIG. 1 comprises a Kaplan type turbine 1 able to rotate around a generally vertical axis Z-Z '.
  • the turbine 1 is placed in a water flow pipe 2 coming from an upstream reservoir.
  • the flow is represented by the arrows E in FIG. 1.
  • Guidelines 3 are provided in the duct 2, upstream of the turbine 1, and make it possible to partially regulate the flow E.
  • the turbine 1 comprises a hub 11 and four blades 12, three of which are visible in FIG. 1.
  • the hub 11 comprises a part 13 in the form of a sphere trunk and a part 14 forming a shaft and making it possible to transmit the torque to an alternator generated by flow E at turbine 1.
  • Each blade 12 is articulated around an axis X 12 extending in a radial direction relative to the surface of the part 13 and forming, with the axis ZZ 'and on the downstream side of the turbine, an acute angle has a value between 70 ° and 89 °. In practice, this angle is chosen to be of the order of 80 °.
  • a mechanical actuation assembly comprising a servomotor capable of driving each of the blades 12 in rotation around its axis X 12 of respective articulation on the hub 11.
  • Each blade 12 is provided with a substantially circular flange 121 and through the center of which the X axis 12 of the blade passes, the flange 121 ensuring the kinematic connection between the blade and the servomotor contained in the hub 11.
  • Each blade 12 comprises a leading edge 122, a trailing edge 123, an external radial edge 124 and an internal radial edge 125, this edge 125 being divided by the flange 121 into an upstream internal radial edge 125a, extending between the flange 121 and the leading edge 122, and a downstream internal radial edge 125b, extending between the flange 121 and the trailing edge 123.
  • the edge 125b is thus configured to adapt to the geometry in the arc of a circle of the spherical part 13.
  • the upstream edge 125a has, for its part, a more complex shape in order to follow both the geometry of the part 13 and that of part 14.
  • edges 125a and 125b undergo a calibration operation, that is to say a shaping machining.
  • a flap 15 is provided at this edge 125a in the thickness of the blade 12 which is relatively mass between the axis X 12 and the leading edge 122 for resist the efforts it undergoes.
  • the wedge-shaped flap 15 is articulated around an axis 16 generally perpendicular to the surfaces 126 and 127 of the blade 12 at the edge 125a.
  • the axis 16 crosses two wings 128 and 129 forming the surfaces 126 and 127 at the edge 125a and defining between them a housing 17 for receiving the flap 15.
  • a compression spring 18 exerting on the flap 15 a force, represented by the arrow F 2 and tending to drive out the part of the flap 15 furthest from the axis 16 towards the outside of the housing 17, in the direction of the hub 11, by pivoting about the axis 16 in the direction represented by the arrow F 3 in the arrow 5.
  • the flap 15 can be full or hollow, the stiffness constant of the spring 18 being adapted accordingly.
  • a housing for receiving the end of the spring is provided on the rear face 152 of the flap when the latter is full.
  • the front face 151 of the flap 15 which extends the edge 125a is permanently pressed against the external surface of the part 13 or of the part 14 of the hub 11, so that the gap I is closed by the flap 15 from the start of the rotation of the blade 12 around the axis X 12 in the direction of the arrow F- L in FIG. 3.
  • the geometry of the flap 15 and of the housing 17 is chosen such that, in the substantially horizontal position of the blade 12 corresponding to a maximum outlet of the flap 15, the distance d between the edge 172 of the housing 17 opposite the axis 16 and the rear face 152 of the flap 15 remains greater than a predetermined value, which guarantees that the flap is effectively guided in its pivoting movement and does not risk being jammed in the released position relative to the housing 17.
  • Strips of friction 153 is provided on the sides of the flap 15 to be in sliding contact with the internal lateral faces of the wings 128 and 129.
  • These bands 153 can be made of bronze, polytetrafluorethylene or another material having a low coefficient of friction with the steel wings 128 and 129.
  • a shutter can also be provided at from the internal downstream edge 125b of the blade 12, in particular in the case where the axes X 12 are generally perpendicular to the axis ZZ '.
  • the spring 18 can be replaced by a hydraulic device for supporting the flap 15 in the direction of the hub 11.
  • the housing 17 can be placed in communication with the flow E at level of the lower surface 126, which has the effect of pressurizing this housing and exerting on the flap 15 a load force in the direction of the hub 11, so that the flap pivots about the axis 16 in the direction of arrow F 3 .
  • the invention is applicable regardless of the number of blades of the turbine, a Kaplan turbine generally having between three and seven blades.

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Abstract

Une roue de turbine Kaplan comprend un moyeu (11), et plusieurs pales (12) articulées chacune autor d'un axe (X12) défini par ce moyeu (11). Au moins une pale (12) est équipée d'un élément mobile (15) d'obturation d'un espace (I) défini entre un bord radial interne (125a) de la pale et le moyeu (11). Ceci évite les écoulements parasites et les dangers pour la faune transitant par la turbine.

Description

ROUE DE TURBINE KAPLAN AVEC DES PALES AJUSTABLES ET INSTALLATION DE CONVERSION D ' ENERGIE
L' invention a trait à une roue de turbine Kaplan et à une installation de conversion d'énergie incorporant une telle roue .
Dans le domaine de la conversion d'énergie, notamment dans le domaine de la production d'énergie électrique à partir d'une chute d'eau, il est connu d'utiliser des turbines dites "Kaplan" comprenant un moyeu apte à tourner autour d'un axe le plus souvent vertical et des pales montées sur ce moyeu et articulées chacune autour d'un axe essentiellement radial par rapport à ce moyeu. L'adaptation du rendement énergétique de la turbine par rapport à l'écoulement d'eau qui la traverse est généralement commandée pour obtenir une vitesse de rotation sensiblement constante de l'arbre du moyeu, ce qui permet de faire fonctionner un alternateur à vitesse et fréquence de sortie stabilisées. Cet asservissement du fonctionnement de la turbine est obtenu par réglage de l'orientation de volets d'admission de l'écoulement d'eau dans le distributeur de la turbine, ces volets étant le plus souvent dénommés "directrices", et par le réglage de l'orientation des pales autour de leurs axes d'articulation sur le moyeu .
Le moyeu est à symétrie cylindrique autour de son axe de rotation, avec une génératrice convexe vue de l'extérieur. Dans certaines configurations d'utilisation, les pales doivent être orientées avec leurs surfaces principales sensiblement parallèles à la direction d'écoulement de l'eau afin de diminuer le décollement généré par cet écoulement sur leur bord d'attaque. Il importe donc que le bord radial interne de chaque pale soit configuré pour ne pas interférer avec le moyeu, en particulier dans sa partie supérieure, dont le diamètre est relativement important car il contient un mécanisme de manoeuvre des pales. Pour ce faire, on procède à un usinage de ce bord, parfois appelé "détalonnage", qui revient à configurer le bord interne de la pale à la géométrie du moyeu lorsque la pale est dans cette position de puissance ou de débit maximum.
Cependant, en cours de fonctionnement aux puissances intermédiaires, les pales sont orientées avec leurs surfaces principales faisant un angle moins important par rapport à l'horizontale. Ceci peut être obtenu en faisant tourner chaque pale autour de son axe d'articulation par rapport au moyeu. Lorsqu'une pale P tourne par rapport au moyeu M et comme représenté à la figure 6, son bord radial interne B ne jouxte plus ce moyeu M car les rayons de courbure verticaux et horizontaux du moyeu sont différents. Il en résulte la création d'un espace ou interstice I entre le bord B de la pale P et le moyeu M, notamment du côté du bord d'attaque de la pale, cet interstice I étant convergeant en direction de la zone Z d'attache de la pale sur le moyeu. Cet interstice crée une zone d'écoulement directe de l'eau vers l'aval de la turbine, cet écoulement direct ne générant aucun effort sur la turbine, d'où une diminution du rendement total de l'installation. En outre, et de façon déterminante, des corps présents dans l'eau transitant par la turbine sont susceptibles d'être coincés ou déchiquetés dans cet intervalle I. Ceci concerne en particulier les poissons et notamment les alevins, dont un nombre important est tué lors de leur passage dans une turbine Kaplan, alors que ceci pourrait être évité si les poissons suivaient l'écoulement normal de l'eau dans la turbine. De même des détritus ayant traversés des grilles de protection de la turbine sont susceptibles de se coincer dans la partie en coin de l'interstice I qui est relativement étroite . C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant une nouvelle structure de roue de turbines Kaplan qui permet de conserver un rendement énergétique satisfaisant de la turbine alors qu'elle est beaucoup plus favorable à la survie des poissons qui la traversent.
Dans cet esprit, l'invention concerne une roue de turbine Kaplan, dans laquelle au moins une pale est équipée d'un élément mobile d'obturation d'un espace défini entre un bord radial interne de cette pale et le moyeu de la turbine.
Cet élément mobile d'obturation permet de fermer l'espace ou interstice qui a tendance à se créer entre le bord radial interne de la turbine et le moyeu, ce qui permet de dévier l'écoulement d'eau et les poissons qu'il contient éventuellement tangentiellement par rapport aux surfaces principales de la pale, c'est-à-dire suivant le trajet normal d'écoulement. Les poissons ne risquent donc plus d'être déchiquetés.
Selon des aspects avantageux de l'invention, la roue de turbine incorpore une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- L'élément d'obturation est apte à s'étendre plus ou moins à l'extérieur d'un logement ménagé dans l'épaisseur du bord radial interne de la pale. Ainsi, la position de l'élément d'obturation peut être adaptée aux dimensions transversales de l'espace ou interstice existant entre le moyeu et le bord radial interne de la pale.
- L'élément d'obturation est articulé autour d'un axe globalement perpendiculaire au bord radial interne de la pale, ce qui lui permet de s'étendre plus ou moins à l'extérieur de ce bord par pivotement autour de son axe d'articulation.
- La roue comprend des moyens de charge de l'élément d'obturation en direction du moyeu. Grâce à cet aspect de l'invention, le volet d'obturation repose par défaut contre la surface radiale externe du moyeu, la position du volet par rapport au bord de la pale étant en permanence adaptée aux dimensions transversales de l'interstice existant entre ce bord et ce moyeu. Cette charge élastique peut être obtenue par des moyens mécaniques, tels qu'un ressort, ou par des moyens hydrauliques, tels qu'une chambre de pression.
- L'élément d'obturation est en forme de coin articulé dans un logement de réception ménagé dans l'épaisseur du bord radial interne de la pale. - L'élément d'obturation est disposé du côté du bord d'attaque de la pale par rapport à son axe d'articulation sur le moyeu. Cet aspect de l'invention tire parti du fait que le bord radial interne de la pale est relativement épais du côté du bord d'attaque de la pale, ce qui autorise le logement du volet d'obturation dans son épaisseur. En outre, c'est du côté du bord d'attaque de la pale qu'existent les plus grands risques d'écoulement parasites de l'eau et de déchiquetage des poissons.
- Le moyeu comprend une section en forme de tronc de sphère, cette section s 'étendant vers l'aval, à partir des zones d'articulation des pales sur le moyeu, au moins jusqu'au niveau du bord de fuite de chaque pale dans sa position la plus ouverte pour l'écoulement. Grâce à cet aspect de l'invention, le bord radial interne de la pale peut, du côté du bord de fuite, être conformé en arc de cercle de rayon sensiblement égal à celui de la sphère circonscrite au moyeu, de telle sorte que le bord radial interne de la pale demeure globalement parallèle à et proche de la surface externe du moyeu, indépendamment de l'orientation de la pale autour de son axe d'articulation sur le moyeu.
- L'axe d'articulation de la pale sur le moyeu forme, du côté aval de la turbine, un angle aigu avec l'axe de rotation du moyeu. Cette caractéristique de l'invention revient à "amener" les axes d'articulation des pales sur le moyeu vers l'aval, de telle sorte que les bords radiaux internes des pales peuvent plus facilement être conformés par rapport à la géométrie des parties amont et aval du moyeu qui, dans sa partie aval, est avantageusement en forme de sphère selon ce qui précède. Dans ce cas, on peut prévoir que ± cingle aigu précité a une valeur comprise entre 70° et 89°, de préférence de l'ordre de 80°.
L'invention concerne également une installation de conversion d'énergie hydraulique en une autre énergie, notamment électrique, qui comprend une turbine Kaplan munie d'une roue telle que précédemment décrite. Une telle installation peut être aisément réglée, en fonction des caractéristiques de débit et de hauteur de la chute utilisée, sans risque d'écoulement parasite, de coincement et/ou de destruction massive de la faune d'une rivière ou d'une retenue.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'une installation de conversion d'énergie et d'une roue de turbine Kaplan conformes à son urincipe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite eu référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique de principe d'une installation de production d'énergie électrique incorporant une turbine Kaplan et conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une représentation schématique partielle en perspective de la turbine de l'installation de la figure 1 alors qu'une pale est en position d'ouverture maximum ;
- la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 alors que la pale est dans une position intermédiaire ; - la figure 4 est une représentation partielle en perspective du bord radial interne de la pale visible aux figures 2 et 3 , du côté de son bord d'attaque et,
- la figure 5 est une coupe de principe selon la ligne V-V à la figure 4 dans un plan perpendiculaire à l'axe d'articulation du volet, et
- la figure 6 est une vue analogue à la figure 3 pour une turbine de l'état de la technique.
L'installation représentée à la figure 1 comprend une turbine 1 de type Kaplan apte à tourner autour d'un axe Z-Z' globalement vertical. La turbine 1 est disposée dans un conduit 2 d'écoulement d'eau en provenance d'une retenue amont. L'écoulement est représenté par les flèches E à la figure 1. Des directrices 3 sont prévues dans le conduit 2, en amont de la turbine 1, et permettent de réguler en partie l'écoulement E.
La turbine 1 comprend un moyeu 11 et quatre pales 12 dont trois sont visibles à la figure 1. Le moyeu 11 comprend une partie 13 en forme de tronc de sphère et une partie 14 formant arbre et permettant de transmettre à un alternateur non représenté le couple généré par l'écoulement E au niveau de la turbine 1.
Chaque pale 12 est articulée autour d'un axe X12 s 'étendant selon une direction radiale par rapport à la surface de la partie 13 et formant, avec l'axe Z-Z' et du côté aval de la turbine, un angle aigu a de valeur comprise entre 70° et 89°. En pratique, cet angle est choisi de l'ordre de 80°.
A l'intérieur du moyeu 11 est disposé un ensemble d' actionnement mécanique comprenant un servomoteur aptes à entraîner en rotation chacune des pales 12 autour de son axe X12 d'articulation respectif sur le moyeu 11.
Chaque pale 12 est pourvue d'une bride 121 sensiblement circulaire et par le centre de laquelle passe l'axe X12 de la pale, la bride 121 assurant la liaison cinématique entre la pale et le servomoteur contenu dans le moyeu 11.
Le servomoteur utilisé pour la mise en rotation des pales est connu dans le domaine technique considéré et n'est donc pas décrit en détail. Chaque pale 12 comprend un bord d'attaque 122, un bord de fuite 123, un bord radial externe 124 et un bord radial interne 125, ce bord 125 étant divisé par la bride 121 en un bord radial interne amont 125a, s' étendant entre la bride 121 et le bord d'attaque 122, et un bord radial interne aval 125b, s' étendant entre la bride 121 et le bord de fuite 123.
Lorsque la pale 12 représentée partiellement aux figures 2 et 3 est en configuration relevée, c'est-à-dire avec ses surfaces principales 126 et 127 globalement verticales, les bords 125a et 125b suivent la géométrie externe du moyeu 11, le bord 125a épousant la surface externe des parties 13 et 14, alors que le bord 125b épouse la surface externe de la moitié inférieure de la partie 13, dans la configuration de la figure 1.
Le bord 125b est ainsi configuré pour s'adapter à la géométrie en arc de cercle de la partie spherique 13. Le bord amont 125a a, quant à lui, une forme plus complexe afin de suivre à la fois la géométrie de la partie 13 et celle de la partie 14.
Pour ce faire, les bords 125a et 125b subissent une opération de détalonnage, c'est-à-dire un usinage de conformation.
Lorsque la pale 12 est rabattue vers une position plus horizontale comme représentée par la flèche Fλ à la figure 3, un espace ou interstice I est créé entre la surface extérieure de la partie 13 du moyeu 11 et le bord radial interne amont 125a.
Afin d'éviter un écoulement parasite à travers cet interstice I, un volet 15 est prévu au niveau de ce bord 125a dans l'épaisseur de la pale 12 qui est relativement massique entre l'axe X12 et le bord d'attaque 122 pour résister aux efforts qu'elle subit.
Comme il ressort plus particulièrement de la figure 5, le volet 15 en forme de coin est articulé autour d'un axe 16 globalement perpendiculaire aux surfaces 126 et 127 de la pale 12 au bord 125a. En pratique, l'axe 16 traverse deux ailes 128 et 129 formant les surfaces 126 et 127 au niveau du bord 125a et définissant entre elles un logement 17 de réception du volet 15.
Entre le volet 15 et la surface de fond 171 du logement 17 est prévu un ressort de compression 18 exerçant sur le volet 15 un effort, représenté par la flèche F2 et tendant à chasser la partie du volet 15 la plus éloignée de l'axe 16 vers l'extérieur du logement 17, en direction du moyeu 11, par pivotement autour de l'axe 16 dans le sens représenté par la flèche F3 à la flèche 5.
Le volet 15 peut être plein ou creux, la constante de raideur du ressort 18 étant adaptée en conséquence. Avantageu- sèment, un logement de réception de l'extrémité du ressort est prévu sur la face arrière 152 du volet lorsque celui-ci est plein.
Grâce à l'effort élastique généré en permanence par le ressort 18, la face avant 151 du volet 15 qui prolonge le bord 125a est en permanence plaquée contre la surface externe de la partie 13 ou de la partie 14 du moyeu 11, de sorte que l'interstice I est obturé par le volet 15 dès le début de la rotation de la pale 12 autour de l'axe X12 dans le sens de la flèche F-L à la figure 3. On évite ainsi un écoulement parasite de l'eau à travers l'interstice I et les risques de coincement de poissons ou de déchets dans la zone de convergence entre le bord 125a et la surface externe de la partie 13, à proximité de la bride 121. La géométrie du volet 15 et du logement 17 est choisie de telle sorte que, en position sensiblement horizontale de la pâle 12 correspondant à une sortie maximale du volet 15, la distance d entre le bord 172 du logement 17 à l'opposé de l'axe 16 et la face arrière 152 du volet 15 demeure supérieure à une valeur prédéterminée, ce qui garantit que le volet est efficacement guidé dans son mouvement de pivotement et ne risque pas de se coincer en position dégagée par rapport au logement 17. Des bandes de frottement 153 sont prévues sur les côtés du volet 15 pour être en contact glissant avec les faces latérales internes des ailes 128 et 129. Ces bandes 153 peuvent être réalisées en bronze, en polytétrafluorethylène ou dans un autre matériau ayant un faible coefficient de frottement avec l'acier des ailes 128 et 129.
Le fait que les axes X12 forment chacun un angle a aigu par rapport à l'axe Z-Z' du côté aval du moyeu, alors que le moyeu est sensiblement spherique dans sa partie aval, permet de minimiser le détalonnage du bord aval 125b, de telle sorte qu'il existe peu de risques de fuite ou de danger de coincement entre le bord 125b et la surface externe de la partie 13. Selon une variante non représentée de l'invention, un volet d'obturation peut également être prévu au niveau du bord aval interne 125b de la pale 12, notamment dans le cas où les axes X12 sont globalement perpendiculaires à l'axe Z-Z' .
Selon une autre variante non représentée de l'invcuiion, le ressort 18 peut être remplacé par un dispositif hydraulique d'appui du volet 15 en direction du moyeu 11. Par exemple, le logement 17 peut être mis en communication avec l'écoulement E au niveau de la surface d'intrados 126, ce qui a pour effet de mettre sous pression ce logement et d'exercer sur le volet 15 un effort de charge en direction du moyeu 11, de telle sorte que le volet pivote autour de l'axe 16 dans le sens de la flèche F3. L'invention est applicable indépendamment du nombre de pales de la turbine, une turbine Kaplan ayant en général entre trois et sept pales.

Claims

REVENDICATIONS
1. Roue de turbine Kaplan comprenant un moyeu et plusieurs pales articulées chacune autour d'un axe défini par ledit moyeu, caractérisée en ce qu'au moins une pale (12) est équipée d'un élément (15) articulé autour d'un axe (16) globalement perpendiculaire à un bord radial interne (125) de ladite pale pour l'obturation d'un espace (I) défini entre ledit bord et ledit moyeu (11) .
2. Roue de turbine Kaplan selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit élément d'obturation (15) est apte à s'étendre plus ou moins à l'extérieur d'un logement
(17) ménagé dans l'épaisseur dudit bord (125) .
3. Roue de turbine Kaplan selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens
(18) de charge (F2) dudit élément d'obturation (15) en direction (F3) dudit moyeu (11) .
4. Roue de turbine Kaplan selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit obturateur est un volet (15) dont la face arrière (152) est pourvue d'un logement de réception partielle desdits moyens (18) de charge.
5. Roue de turbine Kaplan selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit élément d'obturation (15) est en forme de coin articulé (en 16) dans un logement de réception (17) ménagé dans l'épaisseur dudit bord (125) .
6. Roue de turbine Kaplan selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit élément d'obturation
(15) est disposé du côté du bord d'attaque (122) de ladite pale (12) par rapport à son axe d'articulation (X12) sur ledit moyeu (11) .
7. Roue de turbine Kaplan selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit moyeu (11) comprend une section (13) en forme de tronc de sphère, ladite section s' étendant vers l'aval à partir des zones (121) d'articulation desdites pales (12) sur ledit moyeu, au moins jusqu'au niveau du bord de fuite (123) de chaque pale dans sa position la plus ouverte pour l'écoulement (E) .
8. Roue de turbine Kaplan selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'axe d'articulation (X12) de ladite pale (12) sur ledit moyeu (11) forme, du côté aval de ladite turbine (1), un angle aigu (a) avec l'axe de rotation (Z-Z') dudit moyeu (11).
9. Roue de turbine Kaplan, selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit angle aigu (a) a une valeur comprise entre 70° et 89°, de préférence de l'ordre de 80°.
10. Installation de conversion d'énergie hydraulique en une autre énergie, notamment électrique, caractérisée en ce qu'elle comprend une turbine Kaplan (1) munie d'une roue selon l'une des revendications précédentes.
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