Brevet FR2441775A1 — publié le 19800613

Dans les Installations hydrauliques de haute chute, il est fréquent de protéger les turbines et plus spécialement les pompes-turbines à distributeur fixe par deux vannes sphériques montées en série sur la conduite amont. Très souvent, ces vannes sont séparées l'une de l'autre par une pièce de raccordement disposée entre elles. Dans ces installations, les vérins de commande de la manoeuvre de chaque vanne sont fixés soit au béton de fondation de la chambre des vannes, soit au corps même de la vanne correspondante. Ceci présente l'inconvénient, dans le premier cas, de nécessiter des massifs de fondations importants, fortement armés, pour qu'ils puissent absorber les efforts considérables développés par chaque vérin, et dans l'autre cas, d'augmenter sensiblement le volume apparent de chaque vanne, ce qui a pour effet d'engendrer un encombrement défavorable de la chambre des vannes. L'invention a pour objet un ensemble de deux vannes sphériques montées en série sur la conduite forcée amont d'une machine hydraulique et en particulier d'une pompe-turbine, les deux vannes comprenant une pièce de raccordement disposée entre elles, chacune des vannes comprenant un corps dans lequel pivote l'obturateur sphérique, au moins un vérin agissant sur l'obturateur et le faisant tourner pour ouvrir, respectivement fermer, la vanne, au moins un anneau métallique constitué principalement d'un tronçon de cylindre dont l'axe coïncide avec celui de l'écoule- ment d'eau, cet anneau étant guidé par rapport au corps de la vanne et mobile axialement par rapport à lui, pouvant être rapproché, respectivement appliqué contre l'obturateur lorsqu'il est fermé pour réduire, respectivement arrêter, le débit de fuite de la vanne fermée, ou éloigné de l'obturateur en vue d'une manoeuvre d'ouverture, caractérisé en ce que les vérins de manoeuvre des obturateurs des deux vannes de l'ensemble sont fixés à la pièce de raccordement disposée entre elles. Suivant une variante préférentielle, les vérins sont à axe parallèle à l'axe d'écoulement, ce qui donne à l'ensemble un encombrement minimum tout en confinant le cheminement des forces développées par ces vérins -et agissant sur les vannes lors de leurs manoeuvres aux vérins, aux vannes et à la pièce de raccordement. Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'ensemble de deux vannes sphériques selon l'invention et une variante. La figure 1 en est une vue en élévation, les vannes étant commandées chacune par un seul vérin fixe à double action; la figure 2 est une vue en élévation de la variante selon la quelle la vanne amont est commandée par deux vérins à simple action articulés par rapport à la pièce de raccordement; la figure 3 est une vue en coupe transversale de la pièce de raccordement; la figure 4 est une vue en coupe longitudinale de l'ensemble de deux vannes montrant la disposition des anneaux métalliques mobiles. L'ensemble de deux vannes selon l'invention est constitué principalement par deux corps de vannes 3 et 13 montés l'un rigidement par l'intermédiaire d'une bride contre la conduite amont 1, l'autre contre la conduite de liaison 2 à la machine hydraulique qui peut être une pompe-turbine dont le fonctionnement est réversible. Ces deux corps de vannes sont reliés entre eux par une pièce de raccordement 5 constituée principalement par deux brides 25 et 26, et un tube de liaison 27. La forme du tube de liaison et des brides est choisie de telle façon qu'ils constituent le support des vérins qui sont nécessaires pour effectuer les manoeuvres des deux vannes. Deux types de vérins peuvent être utilisés: à simple action (figure 2) ou à double action (figure 1). D'autre part, le corps des vérins peut être monté fixe par rapport à la pièce de raccordement, un piston étant relié à l'obturateur de la vanne qu'il manoeuvre par l'intermédiaire d'une bielle 21 et d'un levier 20 solidaire de l'obturateur. Les mouvements longitudinaux du piston 22 du vérin se transmettent et se transforment en mouvements de rotation de l'obturateur. La figure 1 montre une forme d'exécution où un seul vérin est utilisé pour la manoeuvre de chaque vanne. Celui de la vanne de service se trouve placé derrière la pièce de raccordement et les vannes, au bas de celles-ci. I1 n'est pas visible à la figure. La figure 3 est une coupe transversale de la pièce de raccordement. Elle montre que l'ensemble peut comporter quatre vérins disposés symétriquement devant et derrière, dessus et dessous l'axe d'écoulement d'eau. Ces quatre vérins peuvent être fixés soit comme le montre la figure 1 rigidement sur la pièce de raccordement, ou par l'intermédiaire d'une articulation 24 comme le montre la figure 2, où l'extrémité extérieure du piston est aussi liée par une articulation au levier 23. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de monter une bielle entre le vérin et le levier, celle-ci étant réalisée par le vérin. En outre, les vérins sont, dans le cas de cette figure 2, représentés sous la forme de vérins à simple action; mais il aurait été possible de monter des vérins à double action comme ceux de la figure 1. A la figure 4, on a représenté des anneaux métalliques 9, 10, 11 mobiles par rapport aux corps de vanne 6, 13 et destinés à assurer l'étanchéité des vannes. Le fonctionnement de ces joints est connu, ils constituent chacun un petit piston cylindrique dont les mouvements sont commandés par la pression d'un fluide. Les tuyauteries et les robinets de manoeuvre de ces joints n'ont pas été représentés au dessin. En appliquant ces anneaux 9, 10 ou 11 contre l'obturateur de la vanne correspondante lorsqu'il se trouve en position fermée, la vanne est étanche. Ici, l'obturateur de la vanne de sécurité 3 qui comprend les anneaux 9 et 10 est dessiné en positicn ouverte. Cette figure 4 montre que les anneaux 9 et 11 sont solidaires du corps des vannes 3 et 4 respectivement, tandis que l'anneau 10 est monté dans la pièce de raccordement 5. A cette figure, un seul anneau 10 a été représenté, porté par la pièce de raccordement 5 et agissant sur ltobturateur 7 de la vanne amont 3 dite de sécurité. I1 aurait été possible d'en prévoir un second agissant, lui, sur l'obturateur 14 de la vanne aval 4 dite de service. Le fonctionnement est le suivant: Lorsque la machine hydraulique est arrêtée, les vannes sont fermées, les anneaux métalliques 9, 10, 11 sont appliqués contre les obturateurs par un fluide sous pression. Lors de la mise en service de la machine hydraulique en turbine, après avoir ramené le distributeur de la machine, pour autant qu'elle en comprenne un, ce qui n'est pas forcément le cas, dans sa position correspondant à la position la plus fermée, les vannes sont ouvertes. Dans ce type de machine, le dis- tributeur, même fermé, laisse passer un débit d'eau assez important qui, en général, est supérieur à celui correspondant à la marche à vide de la turbine. L'ouverture des vannes est effectuée de la façon suivante: Tout d'abord en maintenant le joint 11 dans sa position fermée, l'obturateur 14 restant fermé, on ouvre la vanne de sécurité 3 après avoir dégagé ses anneaux métalliques 9 et 10 qui assuraient l'étanchéité, en faisant tourner l'obturateur dans le sens d'ouverture pour le mettre dans la position correspondant à la fi gure 4. Tout en maintenant encore l'obturateur 14 de la vanne de service fermé, l'anneau métallique 11 est dégagé progressivement. I1 laisse passer de plus en plus d'eau qui remplit et alimente la machine hydraulique. Bien que l'obturateur soit fermé, les sections de passage entre le corps et l'obturateur sont suffisantes pour autoriser un débit d'eau permettant d'effectuer le démarrage de la turbine et la mise en vitesse du groupe qui démarre et tourne de plus en plus vite. Lorsque la vitesse est suffisante, l'alternateur de la machine hydro-électrique est synchronisé sur le réseau et la machine commence à produire de l'énergie. Cette synchronisation faite, l'obturateur 14 de la vanne de service 4 est ouvert, puis, Dans certains cas, le réglage de la vitesse de la machine ne pouvant pas se faire à l'aide de son distributeur, du fait qu'il ne peut pas fermer à une ouverture inférieure à celle correspondant à la marche à vide, le réglage de la vitesse est fait au moyen de la position de l'anneau 11 qui est plus ou moins dégagé, laissant passer plus ou moins d'eau. Dans la description et les dessins, il a été admis que la pièce de raccordement 5 constituait un ensemble monobloc constitué par ses brides 25 et 26 et le tube de liaison 27. I1 va de soi que cette pièce de raccordement peut être constituée de plusieurs éléments assemblés les uns aux autres, ceci dans le but de faciliter son exécution et le montage de l'anneau métallique 10. Cette construction utilisant au maximum la présence de la pièce de raccordement permet de réduire le nombre de brides de liaison (coûteuses et susceptibles de fuir) et d'avoir une disposition particulièrement compacte permettant de réduire les dimensions de la chambre des vannes et d'éviter l'absorption des ef- forts de fermeture des vérins par l'intermédiaire du béton. Elle offre en outre l'avantage de supprimer les pieds qu'il faudrait placer sous chaque vanne 3, 4 pour la porter, celles-ci l'étant par l'intermédiaire des brides de la pièce de raccordement. Revendications de brevet 1. Ensemble de deux vannes sphériques (3, 4) montées série sur la conduite forcée amont (1) d'une machine hydraulique et en particulier d'une pompe-turbine, les deux vannes comprenant une pièce de raccordement (5) disposée entre elles, chacune des vannes comprenant un corps (6, 13)dans lequel pivote l'obturateur sphérique (7, 14), au moins un vérin (8) agissant sur l'obturateur (7, 14) et le faisant tourner pour ouvrir, respectivement fermer, la vanne, au moins un anneau métallique (9, 10, 11) constitué principalement d'un tronçon de cylindre dont l'axe coïncide avec celui de l'écoulement d'eau (12), cet anneau étant guidé par rapport au corps (6, 13)de la vanne et mobile axialement par rapport à lui, pouvant être rapproché, respectivement appliqué contre l'obturateur (7, 14) lorsqu'il est fermé pour réduire, respectivement arrêter, le débit de fuite de la vanne fermée, ou éloigné de l'obturateur en vue d'une manoeuvre d'ouverture, caractérisé en ce que les vérins (8) de manoeuvre des obturateurs des deux vannes (3,4)de l'ensemble sont fi xésàla pièce de raccordement(5)disposée entre elles. 2. Ensemble de deux vannes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les axes des vérins (8) de manoeuvre des obturateurs sont parallèles à l'axe d'écoulement. 3. Ensemble de deux vannes selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au moins un vérin de manoeuvre (8) de l'obturateur (7, 14) d'une des vannes est dis posé en tête-bêche par rapport à au moins un vérin de. manoeuvre de l'obturateur de l'autre vanne. 4. Ensemble de deux vannes selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de raccordement (5) des deux vannes (3, 4) comprend un pied support, dont les dimensions sont suffisantes pour porter ladite pièce de raccordement et au moins l'une des deux vannes de l'ensemble. 5. Ensemble de deux vannes selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un anneau métallique (10), -guidé et déplaçable axialement par rapport au corps (6) d'une vanne,est porté par la pièce de raccordement (5) disposée entre elles. 6. Ensemble de deux vannes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manoeuvres d'ouverture et de fermeture de l'obturateur d'une vanne sont effectuées chacune par un vérin à simple action (17, 18). 7. Ensemble de deux vannes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manoeuvres d'ouverture et de fermeture de l'obturateur d'une vanne sont effectuées toutes deux par au moins un vérin à double action (19).