Brevet FR2323029A1 — publié le 19770401

La présente invention se rapporte à une machine qui peut fonctionner en turbine Francis à deux étages ou en pompe à trois étages et dont l'étage à aubes directrices fixes peut être mis hydrauliquement et mécaniquement hors service quand la machine fonctionne en turbine. On sait que, lorsqu'une machine de-ce genre fonctionne en turbine, il est possible d'en mettre l'un des étages hors service, dans le but d'obtenir la puissance optimale et de rendre aussi égaux que possible les rapports de pression dans les deux modes de fonctionnement, ce qui donne à la machine ses propriétés caractéristiques. Par ailleurs, afin de pouvoir faire démarrer la turbine, faciliter le passage d'un mode de fonctionnement à l'autre et régler la marche de la turbine, il convient que les aubes directrices des étages de cette turbine soient orientables. lies machines de ce genre permettent de mettre hors service ltun des étages montés en série quand elles fonctionnent en turbine, mais il est impossible de régler efficacement leur marche au moyen d1aubes -directrices. Des machines d'un autre genre, qui sont surtout les turbines à deux étages à rotors orientés en sens inverses, sont caractérisées par le fait qu'elles comportent des aubes directrices orientables, mais il n'est pas possible d'obtenir le rapport de pressions optimal dans les deux modes de fonctionnement en mettant un étage hors service. l'invention vise à remédier aux inconvénients des machines à plusieurs étages connues, et elle concerne une machine qui est une combinaison des deux genres précités, qui est réglable et dont l'étage équipé daubes directrices fixes peut être mis hors service hydrauliquement, et éventuellement aussi mécaniquement. Conformément à l'invention, le rotor du premier étage, c'est-à-dire 17étage d'entrée ou étage basse pression et le rotor du troisième étage, ou étage de refoulement ou à haute pression de la pompe (c'est-à-dire le rotor du premier étage de la turbine) sont montés dans une enveloppe commune à deux volutes, sont isolés l'un de l'autre et sont orientés en sens inverses, le rotor du second étage de la pompe (qui est aussi le second étage delaturbine) est disposé à une certaine distance de celui de ce troisième étage est orienté comme ce dernier rotor et est monté dans une enveloppe distincte à conduites déflectrices, qui comporte une couronne d'aubes formant des conduites de retour, disposée à hauteur des rotors de ce second et de ce troisième étage de pompe, le rotor du premier étage de la pompe étant avantageusement relié par un embrayage à roue libre à 11 arbre commun aux trois rotors, alors q les rot ors du second et du troisième étages sont solidaires de cet arbre, le premier étage de la pompe étant fermé par une couronne inférieure comportant un canal d'aspiration, le second étage étant recouvert par une couronne supérieure à laquelle est fixé un coude d'aspiration pouvant communiquer respectivement avec un canal de liaison ou avec une conduite principale d'aspiration, que des volets permettent de faire communiquer avec ce coude ou avec un canal menant à Entrée due la pompe, les axes des aubes directrices orientables du premier étage de la turbine étant montés dans des alésages des aubes directrices fixes du premier étage de la pompe, tandis que les axes des aubes directrices orientables du second étage sont montés dans des alésages de la couronne supérieure. La machine selon l'invention présente les avantages SUi- vants : puissance optimale dans les deux modes de fonctionnement, possibilité de régler les deux étages de la turbine, ce qui permet de commander la mise en marche et de régler l'allure, encombrement réduit, simplicité de fabrication gracie à la division de ltenveloppe en plusieurs éléments, facilité de transport, de montage et de démontage, possibilité d'obtenir une grande vitesse de rotation, permettant de diminuer le poids et le prix du turbogénérateur.En ce qui concerne l'augmentation de puissance, on obtient une amélioration du rendement interne de chaque étage, une compensation partielle automatique des poussées que 11 eau exerce sur les retors, et une vidange par gravité de l'étage mis hors service pendant le fonctionnement en turbine. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple non limitatif et dont la figure unique est une coupe verticale schématique d'une machine selon l'invention. Des rotors superposés 2, 3 et 4 sont montés sur un arbre vertical 1 commun, les rotors 2 et 3 étant disposés dans une enveloppe commune 5 à deux volutes et isolés par un joint en la byrinthe, et le rotor 4 étant disposé à une certaine distance du rotor3, ce qui permet de monter entre eux une couronne 6 d'aubes coopérant avec une enveloppe 7 à canaux déflecteurs, qui entoure ce rotor 4. Le rotor 2 est couvert par-dessous par une couronne inférieure 8, à laquelle une conduite 9 d'aspiration est reliée et dont le milieu est piriforme et contient le palier inférieur tO de l'arbre 1, le rotor 4 étant de même recouvert par une couronne 11, reliée à ltenveloppe 7 et portant un coude d'aspiration 12, qui porte le palier supérieur 13 de l'arbre 1. Des aubes directrices fixes 14 coopérant avec le rotor 2 sont disposées dans la volute inférieure de l'enveloppe 5 ou sur une couronne ; ces aubes 14 et les parois adjacentes de cette couronne ou de cette enveloppe 5 comportent des alésages, parallèles à l'arbre 1, dans lesquels sont montés des axes 15 passant dans la volute supérieure de ladite enveloppe 5, où des aubes directrices 16, coopérant avec le rotor 3, y sont fixées, l'orientation de ces-aubes 16 étant modifiée par un dispositif de réglage ou servo-moteur 17, monté sous la couronne inférieure 8 ou sous l'enveloppe 5. De même, la couronne supérieure il comporte des alésages dans lesquels passent les axes 18, qui transmettent les mouvements d'un dispositif de réglage 19 à des aubes directrices 20 d'entrée dans la chambre du rotor 4. Dans la forme de réalisation représentée, les trois rotors 2, 3 et 4 sont fixés à l'arbre 1, mais il est avantageux de disposer en 21 un embrayage à roue libre, destiné à relier indirectement le rotor 2 S cet arbre 1. la machine comporte deux volets et deux canaux 24, 26, disposés entre une conduite 22, qui est une conduite d'aspiration dans les deux modes de fonctionnement, et une conduite 23, qui est la conduite à haute pression dans les deux modes de fonctionnement, le canal 24 faisant communiquer la conduite 22 avec le canal d'entrée 9 de la pompe et n'étant utilisé que dans le fonctionnement en pompe, alors que, lorsque la machine fonctionne en turbine, l'eau de ce canal 24 est vidangée par une conduite 25. Par contre, 7e canal 26 fait communiquer le premier et le second étage de la pompe, les volets 27 et 28~changeant le sens de passage de l'eau ainsi qu'on le décrira plus loin. rar ailleurs, le volet 28 porte des nervures de guidage 29, semblables à celles qui sont disposées dans les coudes des canaux 24 et 26. lorsque la machine fonctionne en pompe, l'eau circule dans le sens indiqué par les flèches en traits pleins. Elle arrive par la conduite 22; et le volet 27, orienté comme le représente la figure, l'envoie dans le premier étage de pompe, par les canaux 24 et 9 ; le rotor 2 la fait passer, par la couronne d'aubes fixes 14 et la volute inférieure de l'enveloppe 5 dans le canal de liaison 26. le volet 28, orienté comme le représente la figure fait ensuite passer cette eau dans le coude 12 et dans le second étage, d'où le rotor 4 l'envoie dans la conduite 23 de refoulement, par la couronne d'aubes orientables 16 et la volute supérieure de l'enveloppe 5. Dans le cas du fonctionnement en turbine, l'eau circule dans le sens indiqué par les flèches cn tiredé. les volets 27 et 28 sont alors rabattus à peu près horizontalement, de façon à obturer les canaux 24 et 26, et la vanne de la conduite de vidange 25 est ouverte de façon à vidanger l'eau de ce canal 24, le premier étage de la pompe étant ainsi mis hydrauliquement hors service. le sens de rotation de l'arbre 1 est inverse de celui qu?il avait dans le cas du fonctionnement en pompe et, lorsqu'un embrayage est monté en 21, le rotor 2 est aussi mis mécaniquement hors service. L'eau arrive par la conduite haute pression 23, passe dans la volute supérieure de l'enveloppe 5 et dans le rotor 3 par la couronne d'aubes orientables 16, puis elle passe dans la couronne d'aubes 6 et l'enveloppe 7, dans la couronne supérieure d'aubes orientables 20 et dans le rotor 4, dgoù elle sort par le coude 12 et la conduite 22. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent & re apportées à la machine décrite sans sortir du domaine de ltinvention. REVBSDICATION Machine pouvant fonctionner en turbine Francis à deux étages ou en pompe à trois étages, dont l'étage équipé d'aubes directrices fixes peut entre mis mécaniquement et hydrauliquement hors service lorsque la machine fonctionne en turbine, cette machine étant caractérisée par le fait que les rotors du premier et du troisième étage de la pompe sont montés dans une enveloppe commune à deux volutes, sont isolés l'un de l'autre et sont orientés en sens inverses, le rotor du second étage étant disposé à une certaine distance de celui du troisième étage, étant orienté comme ce dernier rotor et étant monté dans une enveloppe séparée, qui comporte des canaux déflecteurs ainsi qu'une couronne d'aubes fermant des canaux de retour, disposée au voisinage de ce second rotor, le rotor du premier étage de la pompe étant avantageusement monté sur l'arbre, commun aux trois rotors, par l'intermédiaire d'un embrayage à roue libre, alors que les deux autres rotors sont solidaires de cet arbre, et étant couvert par une couronne inférieure à canal d'arrivée à la pompe, le rotor du second étage étant couvert par une couronne supérieure à laquelle est relié un coude, que des volets permettent de faire communiquer avec une conduite d'aspiration ou avec un canal de liaison, les axes des aubes directrices orientables du troisième étage étant montés dans les aubes fixes du premier étage, et les axes des aubes directrices orientables du second étage étant montés dans la couronne supérieure.