Brevet FR2366462A1 — publié le 19780428

La presente invention se rapporte au domaine de la construction des machines pour la production d'énergie et, plus particuliàre- ment, aux ensembles de parties fondation d'urne machine hydraulique. L'invention peut être utilisée avec plus d'avantages pour de grosses machines hydrau liques, travaillant dans les conditions de pressions d'eau élevees. Il est connu que la chambre spirale et le stator d'une machine hydraulique, qui constituent la partie fondation de la machine, supportent le plein effort de la pression d'eau amenée à la turbine hydraulique et, donc, sont sujets, la puissance de la machine hydraulique étant assez grande, à de fortes charges, ce qui nécessite l'augmentation correspondante de leur résistance. En cas de chutes importantes d'eau, les chambres spirales de la machine hydraulique doivent être réalisées soit à parois très épaisses, soit en aciers alliés de haute résistance.Mais la construction de grandes chambres à parois épaisses est limitée par des raisons technologiques, tandis que l'emploi des aciers alliés de haute résistance est restreint par des propriétés physiques de ceux-ci, notamment par leur résistance à la rupture fragile ou aux chocs, qui décroît avec l'augmentation de l'épaisseur de la paroi de chambre. C'est donc pourquoi il est plus avantageux de réaliser les chambres spirales des grosses machines hydrauliques travaillant sous de fortes chutes d'eau, en constructions composites où une enveloppe métallique est renforcée par une enveloppe en béton armé, les deux enveloppes de la chambre spirale travaillant en ce cas conjointement. Les machines hydrauliques, dont l'ensemble de parties fondation comporte un stator et une chambre spirale, sont connues -(voir l'ouvrage "Construction Hydraulique" - Direction de Shcheglov , Leningrad, 1969, p. 225). Une telle chambre spirale comprend une enveloppe métallique et une enveloppe en béton armé à armature des sections radiales de la chambre spirale et réalisée sous forme d'anneaux ouverts. A la sortie de la chambre spirale se trouvent montées les colonnes profilées du stator, solidaires de deux ceintures annulaires de ce dernier. L'enveloppe métallique et les anneaux d'armature de l'enveloppe en béton armé de la chambre spirale sont reliés aux ceintures de stator suivant les diamètres extérieurs de celles-ci, alors que l'enveloppe métallique est renforcée dans la zone de jonction par des nervures radiales. Donc, les enveloppes métallique et en béton armé de la chambre spirale d'un tel ensemble de parties de fondation travaillent conjointement. 'Durant le fonctionnement de la machine hydraulique, la chambre spirale est chargée par la pression d'eau, et les efforts, qui agissent alors sur les enveloppes de la chambre spirale3 sont transmis au stator de la machine hydraulique. Vu le bras très court où est appliqué l'effort de traction des anneaux d'armature, le moment de traction des anneaux d'armature dans les ceintures annulaires du stator ne parient pas à équilibrer le moment du à l'effort de traction de l'enveloppe métallique et le couple résultant provoque la torsion des ceintures par rapport à leurs centres de rigidité. En résultat, les enveloppes de la chambre spirale dans les constructions de ce type, ainsi que les colonnes et les ceintures du stator, sont soumises à des efforts de flexion importants par suite de quoi on est obligé d'augmenter la consommation du métal. On s'est posé le problème de mettre au point un ensemble de parties de fondation d'une machine hydraulique de façon à réduire la consommation du métal, tout en maintenant le facteur de sécurité imposé, gracie à la diminution des efforts agissant sur l'ensemble et qui est obtenue par une disposition mutuelle rationnelle de l'armature et de l'enveloppe métallique de la chambre spirale dans la zone de leur jonction avec les ceintures de stator. Le problème posé est résolu par le fait que, dans l'ensemble des parties de fondation d'une machine spirale, constituée par une enveloppe métallique intérieure et une enveloppe en béton almé extérieure à anneaux d'armature ouverts, et un stator à colonnes profilées montées à la sortie de la chambre spirale et solidaires de deux ceintures annulaires du stator, réunies, à leur tour, par leurs diamètres extérieurs à l'enveloppe métallique renforcée dans la zone de jonction par des nervures radiales, et aux anneaux d'armature de l'eave1oppe en béton armé, suivant l'invention, les anneaux d'armature de l'enveloppe en béton armé sont reliés aux ceintures annulaires du stator à laide de nervures radiales supplémentaires, disposées avec un certain jeu par rapport aux nervures radiales de l'enveloppe métallique et chaque extrémité de chacun des anneaux d'armature est amenée à l'une des nervures radiales supplémentaires suivant la tangente à la circonférence de cet anneau d'armature, tangente qui passe par le point se trouvant à une distance 1 de l'endroit de fixation de l'enveloppe métallique à la ceinture du stator qui est la pl;s poche de l'extrémité considérce, ladite distance étant déterminée par le rapport lfl = 0,6 à 0,8, où h est la hauteur de la ceinture de stator mesuré, comme la distance 1 suivant la normale à l'enveloppe métallique a l'endroit de sa fixation à la ceinture du stator. L'avantage présenté par l'invention réside en ce que, par suite d'une disposition appropriée de l'endroit de fixation des Anneaux d ' armature de l'enveloppe en béton a la ceinture de stator par rapport a l'endroit de fixation de l'enveloppe métallique a cette ceinture, les ceintures de stator se trouvent soulagées du couple de torsion puisque les moments ayant lieu aux ceintures annulaires du stator, par rapport aux centres de rigidité de celles-ci, qui sont dus a l'effort de traction de l'armature et à l'effort de traction de l'enveloppe métallique et qui provoquent la torsion des ceintures' seront alors dirigés en sens opposés et auront une valeur pratiquement égale.L'absence de torsion des ceintures de stator aura pour effet le soulagement de l'enveloppe métallique, et des colonnes de stator, des couples de flexion Donc, tout l'ensemble des parties de fondation de la machine hydrautique, a savoir : enveloppe métallique, armature de la chambre spirale et stator, peut être exécuté en réduisant notablement la consommation du métal tout en maintenant le facteur de sécurité imposé. Ci-après, il est donné la description détaillée d'un exemple de réalisation de l'invention en regard du dessin annexe, dont la figure unique est une coupe transversale de l'ensemble des parties de fondation de la machine hydraulique, selon l'invention. L'ensemble de parties de fondations de la machine hydraulique comporte une chambre spirale 1, destinée a l'amenée uniforme de l'eau suivant le perisdtre de la machine hydraulque, et un stator 2. La chambre spirale 1 consiste en une enveloppe métallique intérieure 3 et une enveloppe en béton armé extérieure 4, dont l'armature des sections radia les de la chambre 1 est réalisée en forme d'anneaux d'armature ouverts 5. Le stator 2 comprend deux ceintures annulaires 6 et des colonnes profilées 7 solidaires de ces dernières. Les colonnes profilées 7 sont montées a la sortie de la chambre spirale 1 et servent s la formation de l'écoulement d'eau amené b la machine hydraulique. L'enveloppe métallique 3 est reliée aux deux ceintures annulaires 6 du stator 2, suivant les diamètres extérieurs des ceintures 6. Des nervures radiales 9, fixées a l'enveloppe métallique 3 et l'une des ceintures annulaires 6 dans la zone de jonction de l'enveloppe avec cette ceinture, servent a renforcer l'enveloppe métallique 3. Les anneaux d'armature 5 de l'enveloppe en béton armé 4 sont reliés > conformément a l'invention, aux ceintures annulaires 6 du stator 2 au moyen de nervures radiales supplémentaires 9, disposées avec un certain jeu par rapport aux nervures radiales 8. Dans cette version d'exécution de la présente invention, chaque nervure supplémentaire radiale 9 reçoit une extrémité d'un anneau d'armature 5. Cependant, il est possible de fixer dans une nervure radiale 9 les extrémités de plusieurs anneaux d'armature voisins 5. Le dessin met en évidence que les extrémités de chaque anneau d'armature 5 sont amenées aux nervures supplémentaires radiales 9 suivant la tangente à la circonférence de cet anneau d'armature 5, et passant par le point a qui se trouve sur la normale ob à l'enveloppe metalli- que 3 menée par le point b représentant le point de jonction de l'enveloppe métallique 3 à la ceinture annulaire 6 du stator 2. La distance 1 entre les points a et b est alors déterminée par le rapport : l/h = 0,6 à 0,8 où h est la hauteur de la ceinture 6 du stator 2 mesurée suivant la normale ob. Le puits de la machine hydraulique est pourvu d'un revêtement métallique 10 qui, étant porteur, peut avoir une épaisseur, par exemple, de 20 a 40 mm, et est solidaire des ceintures annulaires 6 du stator 2 et des nervures supplémentaires radiales 9. L'ensemble fonctionne de la façon suivante. Lorsque la chambre spirale 1 est chargée par la pression d'eau, l'enveloppe métallique 3 et l'enveloppe en béton armé 4 s'étendent et transmettent les efforts T1 et T respectivement, aux cein 2 > tures annulaires 6 du stator 2. L'effort de traction T1 de l'enveloppe métallique 3 engendre dans les ceintures 6 du stator 2 le moment de torsion Ni égal a T1 x 11 où 11 est la distance entre la ligne suivant laquelle l'effort T1 est dirigé et le centre de rigidité C de la ceinture annulaire 6. L'effort de traction T2 des anneaux d'armature 5 reliés aux ceintures annulaires 6 au moyen des nervures supplémentaires radiales 9, engendre, dans les ceintures 6 du stator 2, le moment de torsion M2 dirigé en sens inverse à celui du moment M1 et égal T2 x 12 où 12 est l'intervalle entre la ligne de direction de l'effort T2 et le centre de rigidité C de la ceinture annulaire 6. La position mutuelle des points b et a de fixation de l'enveloppe métallique 3 et des anneaux d'armature 5 aux ceintures 6 du stator 2, entant déterminée conformément à l'invention par le rapport indiqué ci-dessus, le moment h est pratiquement égal au moment M2. Donc, la torsion des ceintures 6 du stator 2, par rapport à leur centre de rigidité C sera ainsi éliminée, ce qui a pour résultat le soulagement de l'enveloppe métallique 3, de la chambre spirale 1 et des colonnes 7 du stator 2, du couple de flexion résultant de la torsion des ceintures 6 du stator 2. L'absence de moments de torsion dans les ceintures 6 du stator 2, et de couples de flexion, dans les enveloppes métallique 3 et en béton armé 4 de la chambre spirale 1 et dans les colonnes 7 du stator 2, permet d'exécuter ces éléments en réduisant la consommation du métal tout en maintenant le facteur de sécurité imposé. Dans ce cas, l'épa sseur de l'enveloppe métallique 3 est déterminée par la théorie des enveloppes sans couple, qui ne tient pas compte de la rigidité en flexion de I'enveloppe, tandis que les ceintures annulaires 6 et les colonnes 7 du stator 2 peuvent rentre calculées par des méthodes bien connues. Une réduction supplémentaire de la consommation du métal peut hêtre obtenue grace à la sollicitation au travail du revêtement 10 du puits de la machine hydraulique. L'effort transmis par le revêtement 10, à chacune des ceintures 6 du stator 2 permet de mieux compenser les moments de torsion M1 et M2. Ainsi, le travail conjoint des enveloppes métallique- 3 et en béton armé 4 de la chambre spirale 1, à condition de leur fixation appropriée aux ceintures 6 du stator 2, permet de réduire notablement les contraintes de flexion dans la zone la plus chargée} notamment au point de conjonction de l'enveloppe métallique 3 avec les ceintures annulaires 6 du stator 2, et d'obtenir ainsi une importante économie du métal à l'exécu- tion de l'ensemble de parties de fondation de la machine hydraulique. Les études effectuées ont démontré la possibilité, en principe, de la création des chambres spirales d'une résistance voulue en tôles d'acier ordinaire au carbone ou faiblement allié, dont l'épaisseur correspond aux possibilités de la technologie moderne. Cette nouvelle construction assure un travail normal de l'ensemble des parties de fondation de la machine hydraulique, même en cas d'une altération sensible de l'intégrité du béton dans la zone statorique. L'avantage de cette construction réside dans l'utilisation d'une armature plus simple, ce qui crée les conditions pour ltexécution de l'armature en une seule couche, ce qui permet, à son tour, de simplifier le traitement du béton et d'améliorer la qualité de bétonnage. Le mode préféré de réalisation de l'invention, décrit ci-dessus à simple titre dlexemple, n'est nullement limitatif, et il est évident que d'autres modes d'exécution, aussi bien que des modifications, sont possibles sans sortir pour cela du cadre et de l'esprit de la pré sente invention. REVENDI CATI O Ensemble de parties de fondation d'une machine hydraulique comportent une chambre spirale constituée par une enveloppe métallique intérieure et une enveloppe en béton armé extérieure, A anneaux d'armature ouverts, et un stator a colonnes profilées montées à la sortie de ladite chambre spirale, et solidaires de deux ceintures annulaires du stator lesquelles sont réunies, à leur tour, par leurs diamètres extérieurs, S l'enveloppe métallique renforcée, dans la zone de jonction, par des nervures radiales, et aux anneaux d'armature de l'enveloppe en béton armé, cet ensemble étant caractérisé en ce que lesdits anneaux armature de l'enveloppe en béton armé sont reliés aux ceintures annulaires du stator à l'aide de nervures radiales supplémentaires, disposées avec un certain jeu par rapport auxdites nervures radiales de l'enveloppe métallique, chaque extrémité de chacun des anneaux d'armature étant amenée à l'une desdites nervures radiales supplémentaires suivant la tangente à la circonférence de cet anneau d'armature, tangente qui passe par le point se trouvant a une distance 1 du point de fixation de l'enveloppe métallique a la ceinture du stator la plus proche de l'extrémité considérde, cette distance étant déterminée par le rapport l/h = 0,6 à 0,8 où h est la hauteur de la ceinture du stator, mesurée suivant la normale à l'enveloppe métallique à l'endroit de sa fixation à la ceinture du stator.