Brevet FR2294339A1 — publié le 19760709

La présente invention concerne la construction des systèmes hydrauliques et notamment les machines hydrauliques. n est plus avantageux d'appliquer la présente invention dans les machines hydrauliques de grande puissance, par exemple les turbines hydrauliques à écoulement axial-radial de 500 ME. On connaît une machine hydraulique dans laquelle le mécanisme d'orientation des aubes de l'aubage directeur comprend un anneau de réglage et deux servo-moteurs. L'anneau de réglage est cinématiquement relié à chaque aube de l'aubage directeur. Chaque servo-moteur est accouplé avec l'anneau de réglage d'une manière mobile et fixé à demeure sur un appui. Le corps du servo-moteur abrite un piston auquel est assemblé une bielle à l'aide d'un axe. Gracie à cet axe, la bielle peut se déplacer dans le plan horizontal. L'autre extrémité de la bielle est reliée à l'anneau de réglage par l'intermédiaire d'un axe cylindrique. On obtient ainsi une liaison mobile du servomoteur avec l'anneau de réglage. L'effort est transmis du servo-moteur à l'anneau de réglage, et ensuite de l'anneau de réglage aux leviers des aubes de l'aubage directeur par l'intermédiaire de jumelles ou étriers. Le corps du servomoteur est doté d'une bride à l'aide de laquelle il est fixe à une bride prévue sur la niche garnie de la machine hydraulique. La niche se présente sous forme d'un élément métallique à section ronde ou rectanguiaire, fixé par soudage au garnissage de la machine hydraulique. La niche du servo-moteur et la cheminée de la machine hydraulique sont incorporées dans du béton coule. La position de la bride de la niche du servo-moteur dépend de la précision de pose de la niche elle-même lors du montage. Cette opération nécessite beaucoup de main-d' oeuvre et n'assure pas une precision suffisante de la disposition de la bride de la niche du servo-moteur, surtout en cas de montage de machines hydrauliques de puissance importantes Pour cette raison, le fonctionnement normal du servo-moteur et la disposition correcte de la bielle du servo-moteur par rapport à l'anneau de réglage nécessitent un centrage précis de l'axe du servo-moteur, par rapport à 1 'anneau de réglage, ce qui augmente davantage le nombre et la durée des opérations de montage.En plus, il n est possible de disposer les servo-moteurs dans les niches que dans la zone de petites sections de la chambre spirale amenant l'eau à la roue mobile de la machine hydraulique, ce qui n'est pas avantageux au point de vue de la disposition des organes refoulant l'huile vers les servo-moteurs. Dans le cas considéré de disposition des servo-moteurs, la présence d'une bielle dans le servo-moteur a pour résultat la transmission de différents efforts du servo-moteur à l'anneau de réglage, ce qui accroît la force de frottement dans l'appui de l'anneau de réglage, nécessite une augmentation du diamètre du servo-moteur et, par conséquent, de la quantité de métal consommée pour la fabrication de la machine hydraulique. La présence des niches des servo-moteurs entralane elle aussi une augmentation considérable de la quantité de métal pour lamachine hydraulique. On connaît aussi une autre machine hydraulique, dans laquelle le mécanisme d'orientation des aubes de l'aubade directeur comprend un anneau de réglage qui est cinématiquement relié à chaque aube de l'aubage directeur, ainsi que quatre servo-moteurs accouplés par paires. Chaque servo-moteur est relié à l'anneau de réglage d'uné manière mobile Les corps de deux servo-moteurs sont réunis par une pièce médiane dans laquelle s'engage l'axe de l'anneau de réglage fixé en porte-à-faux avec lui. La pièce médiane est dotée d'une bride à l'aide de laquelle le servo-moteur est fixé sur un appui disposé sur le couvercle de la turbine ou sur l'appui de la butée de la machine hydraulique.Pendant le-fonctionnement du servo-moteur, lorsque l'effort est transmis de la bielle à l'axe de l'anneau de réglage, une grande force supplémentaire de frottement de glissement entre la bielle et la pièce est engendrée, ce -qui nécessite une augmentation du diamètre des servo-moteurs et, par conséquent, de la quantité de métal nécessaire à la fabrication de la machine hydraulique. Le fait que les serva-moteurs appariés soient disposés au-dessus de l'anneau de réglage nécessite une portée déterminée de l'axe de l'anneau de réglage. L'effort transmis du servo-moteur à l'anneau de réglage crée un couple de torsion qui déforme l'anneau de réglage. En conséquence, le frottement aux axes de la chaîne cinématique de la commande des aubes de l'aubage directeur croît, ce qui oblige à augmenter le diamètre du servo-moteur. Les servo-moteurs fixés sur le couvercle de la turbine ou sur l'appui de la butée de la machine h;draulique soumettent le couvercle à une charge. A l'endroit où les servo-moteurs sont fixés sur le couvercle, se créent des concentrations de tension, ce qui nécessite un renforcement du couvercle de la turbine et, par conséauent, une augmentation du poids de la machine hydraulique. On connaît encore une machine hydrauliaue aui comporte un anneau de réglage et des servo-moteurs. L'anneau de réglage est cinématiouement -relié à chaoue aube de l'aubage directeur. Les cylindres des servo-moteurs sont reliés à l'anneau de réglage et fixés sur un appui, l'anneau de réglage servant lui-même d'appui et les cylindres des servo-moteurs étant fixés directement à l'anneau de réglage. Les corps des servo-moteurs sont fixés à demeure sur l'anneau de réglage. Le piston du servo-moteur est relié à l'aide de cabales aux parties fixes de la machine hydraulique. Pendant le réglage, l'huile est amenée dans l'enceinte de chaque servo-moteur et les cylindres des servo-moteurs se déplacent conjointement avec l'anneau de réglage, le piston du servo-moteur n'étant pas, dans ce cas, animé d'un mouvement de translation. Dans ce mode de fixation, il est difficile d'amener l'huile dans l'en ceinte du servo-moteur en déplacement, à moins de prévoir un accouplement flexible disposé entre le piston du servo-moteur et les parties fixes de la machine hydraulique et à travers lequel I' huile sera amenée aux enceintes du cylindre du servo-moteur. Les parties fixes de la machine hydraulique sont les pièces incorporées dans du béton coulé; c' est le cas notamment de l'anneau de stator et de la chambre spirale. La fixation du piston aux parties fixes de la machine hydraulique à l'aide d'un câble n'assure pas une fixation rigide du piston par suite de l'allongement des câbles, ce qui conduit à une diminution de l'angle de rotation de l'anneau de réglage en comparaison dë l'angle de rotation prescrit. Cet incon vénient est dû à ce que le piston peut se déplacer le long des câbles à la suite de l'allongement de ces cables. Dans le cas de câbles rigides, lorsqu'ils ne sont pas allongés, le cylindre du servo-mécanisme se déplace conjointement avec l'anneau de réglage lorsque la pression est appliquée dans le cylindre du servo-moteur, tandis que le piston du servo-moteur reste en place. La course du cylindre est déterminée, dans ce cas, par la distance entre la face du piston et le fond du cylindre. Lorsque le câble estallongé, le piston se déplace dans le sens longitudinal quand la pression est appliquée dans le cylindre du servo-moteur, ce qui diminue la distance entre la face du piston et le-fond cylindre et se traduit par une diminution de l'angle de rotation de l'anneau de réglage et, par conséquent des aubes de l'aubage directeur. Il s'ensuit une réduction de la puissance de la turbine lors de l'ouverture complète de l'aubade directeur. On connaît encore une machine hydraulique (certificat d'auteur URSS NO 215818, cl.F03 b,3/18) dans laquelle le mécanisme d'orientation des aubes de l'aubage directeur comprend un anneau de réglage et des servo-moteurs. L'anneau de réglage est cinématiquement relié à chaque aube de l'aubage directeur. Chaque servo-moteur est accouplé de manière mobile à l'anneau de réglage et fixé sur un appui. Les servo-moteurs sont fixés de la manière suivante. Le corps de chaque servo-moteur est doté d'une bride à l'aide de laquelle il est fixé à l'appui d'une manière mobile. L'appui est monté dans le couvercle de la turbine. D'autre part, le corps du servo-moteur bute sur l'appui qui est fixé dans le couvercle. Du fait que l'appui est fixé dans le couverele de la machine hydraulique, le couvercle est soumis à l'action du couple résultant delta force réactive des servo-moteurs. Ce couple est important car le servo-moteur est disposé, par rapport au plan supérieur du couvercle, à une distance suffisante pour y loger la chaîne cinématique: des aubes de l'aubage directeur. Plus la machine hydraulique est grande- (plus le diamètre de la turbine est grand it la puissance est importante), plus la distance de l'axe du servo-moteur à l'endroit où l'appui est incorporé est grande et, par conséquent, plus le couple est important. Le moment de flexion crée des concentrations de tension locales, d'où la nécessité de rendre le couvercle plus rigide et d'augmenter par conséquent son poids.Cette dernière circonstance se traduit par une augmentation notable de la quantité de métal consommé pour la fabrication de la machine hydraulique. En outre, le couple de flexion-déforme le support console, il s'ensuit le grippage de l'axe de l'appui par la douille emmanchée à force dans la bride du servo-moteur et l'usure intense de la douille, ce qui nécessite le démontage des servo-moteurs et l'arrêt de la machine hydraulique. Les petites distances séparant les endroits où l'appui est incorporé conduisent à l'apparition de forces de réaction importantes auxdis endroits. Etant donné que la direction du vecteur de l'effort du servo-moteur se modifie à l'ouverture et à la fermeture des aubes de l'aubage directeur, la direction des forces réactives engendrées aux endroits d'incorporation des appuis se modifient elles-aussi. La modification de la direction des forces réactives affaiblit le montage de l'appui et l'appui peut sortir de son logement. Pour éliminer les inconvénients énumérés ci-dessus, on s'est proposé de mettre au point une machine hydraulique dans laquelle la fixation des servo-moteurs du mécanisme d'orientation des aubes de l'aubage directeur serait réalisée de manière à réduire la main-d'oeuvre- nécessaire à la fabrication et au montage des grosses machines hydrauliques, grâce à la suppression du centrage précis de l'axe de chaque servo-moteur lors du montage de la machine hydraulique, et de décharger le couvercle de la machine hydraulique, des efforts réactifs des servomoteurs. Ce problème est résolu du fait que dans une machine hydraulique du type dans lequel le mécanisme d'orientation de l'aubage directeur comprend un anneau de réglage relié cinématiquement à chaque aube de l'aubage directeur, et au moins deux servo-moteurs dont chacun est relié d'une manière mobile à l'anneau de réglage et est fixé sur un appui, suivant l'invention ledit appui est fixé rigidement sur les parties fixes de la machine hydraulique et est incorporé dans le béton coulé. La machine hydraulique dans laquelle la fixation des servo-moteurs du mécanisme d'orientation des aubes de l'aubage directeur est réalisée de cette manière permet de supprimer l'opération de centrage précis de l'axe du servo-moteur par rapport à l'anneau de réglage pendant le montage de la machine hydraulique. la conception considérée des servo-moteurs a permis de supprimer la fabrication des niches dans la cheminée de la machine hydraulique. C'est pourquoi il est maintenant possible de réaliser l'assemblage préalable des appuis dans les parties fixes de la machine hydraulique et le centrage précis de l'axe de chaque servo-moteur directement pendant la fabrication de la machine dans les ateliers. Cela diminue notablement la durée des opérations de montage des grosses machines hydrauliques. Les parties fixes de la machine hydraulique sont les pièces incorporées dans le béton coulé et notamment l'anneau de stator, la chambre spirale. L'anneau de stator est soumis à la charge du béton disposé au-dessus de la chambre spirale et à la charge du poids des parties de rotor. Le couvercle de la machine hydraulique (de la turbine) et l'anneau de fondation sont fixés à l'anneau de stator. En plus, dans-la machine hydraulique proposée, avec fixation des servo-moteurs, comme décrit-ci-dessus, le poids du couvercle de la machine hydraulique est réduit notablement du fait qu'il est déchargé des forces réactives des servo-moteurs. l'appui qui était soumis aux forces réactives du servo-moteur étant fixé sur les parties fixes et étant incorporé dans le béton coulé, c'est maintenant le béton qui est soumis aux efforts réactifs des servo-moteurs et, de ce fait, le couvercle est déchargé, ce qui permet de fabriquer un couvercle plus léger. Etant donné que les organes de fixation des appuis sur le couvercle sont supprimés, les servo-moteurs sont disposés d'une manière plus commode par rapport à l'installation de refoulement de l'huile grâce à l'absence des niches, la quantité de métal nécessaire à la fabrication de la machine hydraulique est réduite sensiblement. Il est avantageux que chaque appui soit rigidement fixé sur l'anneau de stator des parties fixes, car la machine toute entière est assemblée sur lui, l'assemblage de contrôle étant exécuté dans l'atelier. Il est possible de réaliser l'opération difficile du centrage de l'axe du servo-moteur par rapport à l'anneau de réglage directement pendant la fabrication de la machine hydraulique. Cependant, dans le cas des machines hydrauliques de petites dimensions, il est possible de fixer les appuis aux autres éléments des parties fixes, par exemple à la chambre spirale. D'autres objectifs et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un exemple non limitatif de réalisation illustré par les dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une partie de la machine hydraulique conforte à l'invention, en coupe longitudinale - la figure 2 représente l'ensemble de fixation du servo-moteur à son appui (en coupe longitudinale, à échelle agrandie). La machine conforme à l'invention, dans laquelle le mécanisme d'orientation des aubes de l'aubage directeur comprend un anneau de réglage 1 (figure 1) et au moins deux servo-moteurs 2 destinés à tourner les aubes 3 de l'aubage directeur 4 de la machine hydraulique. Chaque servo-moteur 2 est relié d'une manière mobile à l'anneau de réglage 1 par l'intermédiaire de la tige 5. L'anneau de réglage I est relié cinématiquement à chaque aube 3 de l'aubage directeur 4. La liaison mobile du servo-moteur 2 avec l'anneau de réglage 1 est assurée grâce à l'axe cylindrique 6. La liaison cinématique de chaque aube 3 avec l'anneau de réglage 1 est effectuée par l'intermédiaire de la jumelle ou étrier 7, du levier 8 qui est raccordé au tourillon 9 de l'aube 3. Le servo-moteur 2 comporte une bride 10 (figure 2) disposée sur le corps du servo-moteur et à l'aide de laquelle il est fixé à l'appui 11. L'appui 11 est fixV à demeure sur les parties fixes de la machine hydraulique et est incorporé dans le béton coulé. Les parties fixes comprennent, incorpores dans le béton coulé, un anneau de stator 12 et une chambre spirale 13 destinée à amener l'eau à la roue à auage 14 (figure 1) de la machine hydraulique. Dans l'exemple consideré, est examiné le cas de la fixation de l'appui 11 sur l'anneau de stator 12, en tant que l'une des variantes optimales pour les grosses machines hydrauliques. La bride 10 (figure 2) comporte un oeil 15. Un oeil 16 est fixé à l'appui 11, par exemple à l'aide de boulons 17. -L'oeil 15 et l'oeil 16 sont accouplés à l'aide de l'axe cylindrique 18. La liaison à l'aide de l'axe 18 permet au servo-moteur 2 de se déplacer dans le plan vertical (montée), ce qui est nécessaire pendant les visites et en cas de remplacement du palier 19 de l'aube 3 (figures 1 et 2). La position horizontale du servo-moteur 2 est assurée par le montant 20 (figure 2) monté sur le couvercle 21. L'extrémité du servo-moteur 2 opposée à l'oeil 15 s'appuie sur ledit montant 20. Pendant le réglage des aubes 3 de l'aubage directeur 4, la pression d'huile agit sur le piston du servo-moteur 2. La tige 5 du piston est reliée à l'anneau de réglage 1 qui est raccordé par une chaîne cinématique aux aubes 3 de l'aubage directeur 4. La pression d'huile agissant sur le piston agit également sur le corps du servo-moteur 2 en entendront une force réactive qui doit être équilibrée. Par l'intermédiaire dé l'oeil 15, l'oeil 16 (figure 2) et l'axe 18, la force réactive est transmise à l'appui 11 et ensuite au béton. Les forces réactives dans les grosses turbines hydrauliques peuvent être très importantes. Par exemple, dans une turbine hydraulique de 500 000 kW à la pression de 180 m, cet effort atteint 160 tf. La transmission de cet effort au béton permet de supprimer l'action des couples concentrés des forces réactives sur le couvercle 21 de la turbine hydraulique à chaque endroit du montage du servo-moteur 2 qpproximativement de 150à 160 t/m (dans la version comportant quatre servo-moteurs). Donc, le couvercle 21 de la turbine hydraulique est d'environ 10 plus léger que dans les conceptions connues (dans l'exemple considéré, il est plus léger de 18 t). Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n 'à été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutés suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVEMDICATIONS 1. Machine hydraulique du type dans lequel le mécanisme d'orientation des aubes de l'aubage directeur comprend un anneau de réglage relié cinématiquement à chaque aube de l'aubage directeur, et au moins deux servo-moteurs dont chacun est relié d'une manière mobile à l'anneau de réglage et est fixé à demeure sur-un appui, caractérisée en ce que ledit appui est fixe rigidement sur les parties fixes de la machine hydraulique et incorporé dans le béton coulé. a Machine hydraulique conformément à la revendication 1, caractérisée en ce que ledit appui est fixé sur l'anneau de stator desdites parties fixes.