Brevet FR2010143A1 — publié le 19700213

La présente invention est relative à un régulateur pour turbines à libre aet, comprenant au moins deux tuyères à aiguille pouvant être réglées, en fonction de la charge des turbines, dans le sens d'une augmentation ou d'une diminution du débit. Le réglage de tuyères à aiguille est indispensable pour pouvoir adapter le débit de la turbine aux besoins de puissance du moment et à la quantité d'eau disponible. Pour le réglage, on utilise des dispositifs d'entraînement mécaniques, hydrauliques, ou à la fois mécaniques et hydrauliques qui, avec un fonctionnement individuel de l'ensemble, sont commandés au moyen d'impulsions fournies par le mécanisme de mesure d'un régulateur de vitesse ou au moyen d'une modification de valeur nominale obtenue par régulation de vitesse ou par limitation d'ouverture à l'aide d'un réglage primaire ou secondaire, pouvant éventuellement comporter des amplificateurs de puissance. Jusqu'à présent, dans des turbines à libre jet qui comprennent deux ou plusieurs tuyères par rotor, respectivement par arbre de l'ensemble, sur lequel sont alors montés au moins deux rotors, on procède habituellement à la commande des tuyères individuelles par synchronisme, c'est-à-dire que toutes les tuyères prévues sont réglées, à partir du régulateur, pour un débit d'eau sensiblement uniforme. On sait que lors d'une modification de l'alimentation d'une roue de turbine à libre jet, le rendement de la transformation d'énergie dans la roue se trouve également modifié. Si l'on néglige les pertes de rendement dues à des pertes par frottement, par exemple par ventilation de la roue, on obtient alors, dans des turbines à libre jet comprenant une seule tuyère, une courbe de rendement pratiquement analogue à celles des turbines à libre jet comprenant plusieurs tuyères, ce qui signifie qu'avec la disposition de plusieurs tuyères, avec le mode de construction connu jusqu'à présent, et avec la commande utilisée jusqu'à présent, on obtient certes une construction plus rationnelle de l'ensemble pour une puissance prédéterminée, mais aucune amélioration du rendement de la transformation d'énergie dans la roue de la turbine lorsque cette dernière fonctionne dans une région de charge partielle, étant donné qu'exception faite de l'état de charge optimal avec le réglage parallèle, toutes les tuyères doivent pratiquement travailler avec des quantités-de débit qui ne produisent pas de transformation optimale d'énergie. Partant de ce-tte constatation-l'invention prévoit, suivant une de ses caractéristiques essentielles, de munir le régulateur d'organes de commande dépendant de la charge ou du nombre de tours, ou de la position d'ouverture du moment d'au moins une tuyère à aiguille, lesdits organes, lors d'un fonctionnement de la turbine dans la région de charge -partielle, commandant, dans le sens de l'ouverture ou de la fermeture, une ou plusieurs tuyères à aiguille, prévues en addition d'une première tuyère à aiguille, lorsque des régions prédéterminées de charge partielle sont atteintes.Grâce à la disposition conforme à l'invention, on obtient que la ou les tuyères à aiguille mises en fonctionnement dans la région de chargepartielle-peuvent travailler avec des quantités de débit correspondant, pour chaque tuyère, à la quantité optimale de débit permettant-d'obtenir la meilleure transformation d'énergie dans la roue;de-m-ani.ère à arriver pratiquement à une sensible amélioration du débit-total de l'ensemble de turbines.Dans la pratique, lors d'un- accroisse- ment ou, respectivement, d'une diminution de la charge, on commu tera sur le nombre de tuyères immédiatement plus élevé ou immédiatement plus faible lorsque sera atteint un régime de-marche, dans lequel l'augmentation, respectivement la diminution du nom bre -de tuyères se trouvant en service, n'implique pas de modification du rendement de l'ensemble. Dans des cas particuliers, -il est facilement possible, en c-as d'accro-issement de la charge, d'ouvrir entièrement la première tuyère au moyen du régulateur, puis de lui adjoindre la tuyère suivante-, que l'on règle tandis que la première reste grand'ouverte, et ainsi de suite.On n'obtient toutefois pas, dans la pratique, -avec un tel réglage~échelonné, un réglage d'ensemble aussi favorable que s, suivant une autre caractéristique de l'invention, les tuyères sont équipées d'entraînements synchronisés et peuvent être mises en service ou coupéés par I'o-rgane de commande, indépendamment de ces entrainèments syn chromisés. Suivant une forme possible d'exécution de l'invention, l'organe de commande comporte des combineurs séquentieîs,ou analogues (par exemple des soupapes sucessives), qui équipent les tuyères individuelles et mettent en service ou coupent, suivant une séquence prédéterminée, les tuyères prévues en audition de la première, chaque fois que se trouvent atteints des états de char ge prédéterminés. Avec une commande hydraulique des tuyères à aiguille, les tiroirs de commande, les soupapes, etc ..., qui commandent à cet effet les servo-moteurs, ou analogues, des aiguilles des tuyères, peuvent comporter des organes individuels de coupure ou de commutation, actionnés par l'organe de commande, en particu lier par les combineurs séquentiels, et prévus due préférence sous la forme de douilles de commande disposées sur les tiroirs et déplaçables relativement à ces derniers, douilles qui, lorsque les régions prédéterminées de charge partielle sont atteintes, commutent dans le sens de couverture ou de la fermeture le tiroir de commande qui leur est adjoint. Un mode préféré de réalisation du dispositif conforme à l'invention est représenté, schématiquement et simplement à titre d'exemple, sur les dessins annexés, dans lesquels La fig. 1 est un schéma d'ensemble d'un régulateur conforme à l'invention. Les figes. 2 et 3 sont des vues de détail montrant en coupe, dans deux positions de service caractéristiques, un tiroir de commande utilisable avec un régulateur conforme à l'invention. Â la fig. 1 est représenté schématiquement un pré-régu lateur de commande 1, qui est muni d'un pendule centrifuge, d'ins tallations de limitation d'ouverture hydraulique avec réglage de valeur nominale, d'installations pour le réglage du nombre de tours avec réglage de valeur nominale, d'une installation statique avec réglage de valeur nominale et d'un dispositif statique provi soire équipé d'un amortisseur à huile et d'un dispositif interne de retour. Lè régulateur représenté émet, par l'intermédiaire de conduites 2 et 3, des ordres de commande hydraulique à un servo moteur à piston, dont les ordres de commande règlent un servo-mo teur 4, ce qui provoque, d'une part, la torsion d'un arbre auxi liaire de commande 5, et d'autre part, d'un arbre de retour 6 d'une manière correspondant à la position du-moment du régulateur. L'arbre de retour 6 constitue pratiquement un organe de. réplique pour chaque position de commande de l'arbre 5 par rapport au régu filateur 1. Sur l'arbre 5 sont montées des tiges 7 et 7a servant à l'actionnement, par l'intermédiaire de leviers de transmission appropriés 12 et 12a, de tiroirs de commande Il et lita, disposés dans des carters 10 et 10a, et qui sont adjoints à des aiguilles 8 et 8a de tuyères 9 et 9a. Dans l'exemple d'exécution choisi, ont été représentées quatre tuyères 9 et 9a.Naturellement, l'installation de réglage est utilisable pour chaque turbine à libre jet comportant au moins deux tuyères à aiguille, et l'on prévoit alors., sur l'arbre 5, un nombre de tiges 7 et 7a correspondant au nombre de tuyères, et un nombre correspondant detiroirs de commande 11 et lita. Lorsque l'arbre tourne dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre, les tiroirs 11 se déplacent vers le haut et, lorsque l'arbre tourne. dans le sens des aiguilles d'une montre, ils se déplacent vers le bas. Les tiroirs 11 et 11a sont représentés en coupe, aux figs. 2 et 3, dans deux positions caractéristiques de commande. Comme on peut le voir sur ces figs., les pistons 11 et 11a des tiroirs, réglables par l'intermédiaire des leviers de transmission 12 et 12a, sont disposés dans une chambre cylindrique 14 du carter 10, 10a, fermée par un joint 13, tandis que dans l'intérieur du carter est prévue une douille supplémentaire de commande 15, déplaçable par rapport au piston du tiroir et au carter. Un ressort 16 presse le piston de tiroir 11, 11a contre le levier 12, 12a, tandis qu'un autre ressort 17 presse la douille de commande 15 contre le joint 13. Tant le piston 11, lita, que la douille 15, sont munis d'arêtes de commande. La douille 15 comporte, en outre, des alésages transversaux. Le carter 10 possède un raccord 18 d'huile de pression et, en outre, des raccords 19 et 20 pour des conduites de commande 21 et 21a; respectivement 22 et 22a, qui mènent à un servo-moteur 23, 23a équipant le tiroir. Lors de l'alimentation du raccord 20 et, par suite, de la conduite 22, respectivement 22a, le servo moteur 23, 23a est actionné dans le sens d'ouverture des aiguilles 8, 8a et, lors de l'alimentation du raccord 19 et, parsuite, de la conduite 21, 2la, il est actionné dans le sens de fermeture de la tuyère. Simultanément, avec l'alimentation en pression d'un des deux raccords 19, respectivement 20, le tiroir de commande 11 met en communication le second raccord 20, respectivement 19, avec une sortie d'écoulement 24. La douille de commande 15 peut être alimentée en huile de pression à partir d'un raccord 25, par l'intermédiaire de conduites de commande 26. Par cette alimentation, la douille de commande 15 est déplacée, de la position de repos représentée à la fig. 2, à ltencontre de la résistance du ressort 17, dans la position représentée à la fig. 3, dans laquelle la douille de commande dirige obligatoirement l'huile de pression amenée par le raccord 18 vers le raccord 19, et relie en même temps le raccord 20 à la sortie d'écoulement 24. Dans la position de réponse représentée à la fig. 3, la douille 15 commande ainsi le servo-moteur 23a qui lui est adjoint, quelle que soit la position du piston de commande lita, dans la position de fermeture de l'aiguille de soupape 8a. Comme on peut le voir à la fig. 1, un arbre de retour 28, respectivement 28a, est relié pour entraînement, par l'intermédiaire d'une transmission 27, respectivement 27a, à chaque servo-moteur 23, 23a et par suite, également à chaque aiguille de tuyère 8, 8a. Sur lesdits arbres de retour 28 et 28a sont montés des leviers 29, respectivement 29a, qui sont reliés, par paires, à d'autres leviers 30 et 31, qui, à leur tour, sont en communication avec un autre levier 32 qui, par l'intermédiaire d'une tige intermédiaire 33 et d'un levier 34, entraine un arbre 35. La position en rotation de l'arbre 35 correspond ainsi au total des aires de passage dégagées des tuyères. L'arbre 35 est guidé à la manière d'un dispositif de rappel dans le régulateur 1. L'arbre 28 adjoint à l'aiguille 8 de tuyère entraine, par l'intermédiaire de leviers 36 et 37, un arbre conjugué 38 qui, par l'intermédiaire d'autres leviers 39a et de tringleries 40a adjointes à ceux-ci, est respectivement relié à une extrémité d'un levier d'équilibrage 41a. La seconde extrémité dudit levier 41a est reliée à un entraînement 42a à poussoir, qui est actionné par un disque à came 43a monté sur chaque arbre 28a. L'arbre 38 indique ainsi, par sa position en rotation, par l'intermédiaire des tringleries 40a, une valeur nominale, qui est comparée sur le levier 41a avec la valeur réelle du réglage des tuyères, transmise par le poussoir 42a.Comme on peut le voir, les leviers 41a sont reliés à la transmission 12a, de sorte que des différences entre la valeur nominale et la valeur réelle sont exploitées pour le déplacement du piston de tiroir lita. De cette manière, les tuyère res 9a se trouvant en service sont chaque fois commandées en synchronisme avec la tuyère 9. Sur l'arbre 35 sont prévues des cames de commande 44, 45 et 46, disposées de façon décalée les unes par rapport aux autres, et qui actionnent des interrupteurs qui leur sont adjoints. La disposition en décalage des cames 44, 45 et 46 est calculée telle que la came 44 agit lorsque le quart de la charge est atteint, la came 45 lorsque lest la moitié de la charge, et la came 46 lorsque les trois-quarts de la charge sont atteints. A chacune des cames est adjointe respectivement une soupape magnétique 47, 48 et 49 qui, aussi longtemps que la came correspondante n'agit pas, relie une conduite 18 d'amenée d'huile de pression à la conduite 26 et maintient ainsi, dans le tiroir de commande 10a correspondant, la douille de commande 15 dans la position représentée à la fig. 3, dans laquelle l'aiguille de soupape correspondante est fermée.Lors de la mise en circuit, les soupapes 47, 48 et 49 relient les conduites 26 à des conduites d'écoulement 50 de sorte que les douilles de commande 15 sont déplacées, par les ressorts 17, dans la position représentée à la fig. 2, ce qui signifie que la tuyère à aiguille correspondante est en circuit et que l'aiguille 8a est maintenant commandée en synchronisme avec l'aiguille de tuyère 8, par l'intermédiaire de la commande de synchronisation. Comme pré-régulateur de commande 1, il est également possible d'uti-liser un autre régulateur électro-hydraulique, mkcanique, ou à la fois mécanique et hydraulique. Il est également possible de commander les cames 44, 45 et 46 directement à l'aide du régulateur 1, en fonction des conditions de service du moment, et de déterminer les instants de commande à partir du régulateur. REtEYDÌCAXIONS 1) Régulateur pour turbines à-libre Jet, comprenant au moins deux tuyères à aiguille pouvant être réglées, en fonction de la charge des turbines, dans le sens -d'une augmentation -ou d'une diminution du débit, caractérisé par le fait qu'il est muni d'organes de commande dépendant de la charge ou du nombre de tours, ou de la position d'ouverture du moment d'au moins une tuyère à aiguille, lesdits organes, lors d'un fonctionnement de la turbine dans la région de charge partielle, commandant dans le sens de l'ouverture ou de la fermeture, une ou plusieurs tuyères à aiguille prévues en addition d'une première tuyère à aiguille, lorsque des régions prédéterminées de charge partielle sont atteintes. 2) Régulateur suivant la revendication 1), caractérisé par le fait que les aiguilles des tuyères sont équipées d'entrat- nements synchronisés et peuvent être mises en service ou coupées par l'organe de commande, indépendamment de ces entraRnements synchronisés. 3) Régulateur suivant la revendication 1 ou 2, carac térisé par le fait que l'organe de commande comporte des combineurs séquentiels, ou analogues, qui équipent les tuyères indivi douelles et mettent en service ou coupent, suivant une séquence prédét-erminée, les tuyères prévues en addition de-la première. 4) Régulateur suivant l'une des revendication 1 à 3, caractérisé par le fait qu'avec une commande hydraulique des tuyères à aiguille, les tiroirs de commande, qui commandent les serva-moteurs, ou analogues, des aiguillles des tuyères, comportent des organes individuels de coupure ou de commutation, actionnés par l'organe de commande, en particulier par les combineurs séquentiels, et prévus de préférence-sous la forme de douilles de commande disposées sur les pistons des tiroirs et déplaçables relativement à ces derniers, douilles qui, lorsque les régions prédéterminées de charge partielle sont atteintes, commutent dans le sens de l'ouverture ou de la fermeture le tiroir de commande qui leur est adjoint.