Brevet FR2476765A1 — publié le 19810828

L'invention a pour objet un procédé de réglage du débit de pompe d'une installation de pompage-turbinage comprenant une turbine et une pompe tracée toutes deux pour un même sens de rotation, la roue de turbine et la roue de pompe étant calées sur un arbre commun. L'invention s'applique à de telles machines hydrauliques comprenant une bâche spirale unique branchée, d'une part, au distributeur d'une turbine à réaction et, d'autre part, au diffuseur de la pompe telles que décrites dans les brevets suisses 335.293, No. 392.421 et No. 560.723. L'invention s'applique également à de telles machines hydrauliques comprenant une turbine à action du type Pelton et une pompe dont le diffuseur est branché sur une conduite collectrice servant simultanément de répartiteur à la turbine, telles que décrites dans le brevet français No.î9- 28.805, du 22.11.1979, au nom de la demanderesse. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'une partie au moins de l'eau pompée par la roue de pompe dans la bâche, respectivement dans la conduite collectrice est dirigée sur la roue de turbine. Il est ainsi possible de réaliser l'équivalent d'une pompe à débit variable permettant de régler le débit pompé pour l'adapter par exemple à des apports variables ou encore de moduler la consommation d'énergie électrique en fonction de l'énergie de déchet qui peut être mise à disposition par le réseau. Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, deux formes d'exécution d'une installation de pompage-turbinage permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La fig. 1 est une vue en coupe axiale d'une installation comprenant une turbine à réaction. La fig. 2 est une vue en coupe axiale d'une installation comprenant une turbine à action. L'inszal'at on représentée à l fig. 1 comprend une bâche spirale 12 unique, une turbine à un étage et une pompe à un étage. La roue de turbine 15 et la roue de pompe 23 sont calées sur un arbre vertical 13 commun, avec leurs oules d'aspiration respectives 14, 24 en opposition. Les aubages de ces roues sont tracés pour un même sens de rotation. La roue de turbine 15 est située dans un plan sensiblement médian de la bâche 12. le conduit hydraulique alimentant la roue de turbine 15 est entièrement logé dsns l'espace annulaire délimité par la périphérie de cette roue et la face interne cylindrique de la bâche. Le sens de l'e- coulement tangentiel de l'eau dans la bâche est maintenu sans changement tout au long de ce conduit. les entretoises de l'avant-distributeur 4 de la turbine sont tracées conformément aux critères appliqués aux turbines à réaction. I1 en est de même pour les aubes directrices 5 constituant dans leur ensemble le distributeur mobile de la turbine. Ce distributeur est commandé par le d- canisme habituel, composé d'un cercle de vannage 11 agissant par l'intermédiaire d'un système de bielle 1 sur les tourillons 2 des aubes directrices 5. Un obturateur du genre vanne fourreau 3 permet de séparer l'espace interne de la bâche 12 de l'espace interne dans lequel tourne la roue de turbine 15. Les aubes directrices mobiles 5 du distributeur pourraient, bien entendu, remplir le même office. La vanne fourreau 3 est intercalée entre l'avant-distributeur 4 et les aubes directrices 5; elle pourrait aussi l'être entre les aubes directrices 5 et la roue de turbine 15. La roue de pompe 23 voisine de la roue de turbine 15 est largement espacée axialement par rapport au plan médiat de la bâche 12. Un palier 19 guidant l'arbre commun 13 ainsi qu'ln support fixe 16 portant ce palier sont intercalés entre les roues 15 et 23. De canaux d'inversion 7 assurant la ' a sor hydraulique entre la roue de rnomrn;e 23 et la banche 12 sont disposés à la périphérie du support fixe 16. Les entretoises 8 de ce support 16 constituent les parois latérales des canaux d'inversion 7. Diverses chambres annulaires 17, 20 entourant l'arbre sont logées dans le support fixe 16, de part et d'autre du palier, et sont mises en liaison avec l'extérieur par des canalisation 18, 21 passant dans a'épaisseur des entretoises 8 du support fixe. Cet ensemble de chambres annulaires 17, 20 assure diverses fonctions telles que la circulation d'huile du palier, l'évacuation des fuites hydrauliques des joints de roue, l'aération, le refroidissement ou le dénoyage. La roue de pompe 23 est montée en porte-à-faux, en bout de l'arbre commun 13; son oule d'aspiration 24 entièrement dégagée est donc alimentée dans les conditions hydrauliques les plus favorables. Le diffuseur fixe 9 de la pompe est disposé à la périphérie de la roue de pompe. I1 ne modifie pas le sens de la composante- tangentielle de l'écoulement de l'eau sortant de la roue de pompe 23. Son tracé et son raccordement avec des canaux d'inversion s'inspirent des techniques appliquées aux canaux de retour des pompes multi-étages. les canaux d'inversion 7 dans lesquelles débouche le diffuseur 9 de la pompe assurent la jonction hydraulique et l'inversion progressive du sens de la composante tangentielle de l'écoulement de l'eau entre la périphérie de la roue de pompe 23 et la bâche 12. Ils débouchent dans cette bâche en 6 sous un angle imprimant à l'écoulement de l'eau en provenance des canaux 7 une direction voisine de celle de l'écoulement de l'eau dans la bâche. Un obturateur 10 du genre vanne fourreau est intercalé entre la périphérie de la roue de pompe 23 et son diffuseur 9 et permet de séparer l'espace interne de la bâche 12 de l'espace dans lequel tourne la roue de pompe 23. Le fonctionnement de l'installation est le suivant Lorsque l'énergie mise à disposition par le réseau autorise le pompage, la machine électrique, non représentée, montée sur l'arbre 13 fonctionne en moteur et entraîne l'arbre 13 en rotation. la vanne fourreau 3 destinée à séparer l'espace interne de la bâche 12 de l'espace dans lequel tourne la turbine est alors-fermée,la roue de turbine tournant dans l'air; si la vanne fourreau 10 intercalée entre la périphérie de la roue de pompe 23 et son diffuseur 9 est ouverte, de l'eau est pompée à travers la bâche 12 en direction de la retenue amont (non représentée) de llins- tallation. Lorsque le débit à pomper est temporairement inférieur au débit nominal d'équipement ou encore lorsque l'énergie électrique à disposition est temporairement inférieure à celle consommée au point de débit nominal, on peut ouvrir la vanne fourreau 3, puis progressivement les aubes directrices 5 de la turbine, afin de diriger des quantités d'eau de plus en plus grandes sur la roue de turbine 15; il en résulte une diminution de l'énergie électrique consommée pour le pompage et une réduction à la demande du débit refoulé vers la retenue amont. Si le réseau demande de l'é- nergie, on interrompt le pompage en fermant la vanne fourreau 10; la machine électrique est alors entraSnée par la turbine 15 et fonctionne en alternateur. l'installation représentée à-la fig. 2 comprend une machine électrique 31 montée coaxialement sur un arbre vertical 32 sur lequel sont calées la roue 33 d'une turbine Pelton et les roues 34, 35 d'une pompe à deux étages. 1es injecteurs 36, 37 de la turbine sont branchés, de façon connue, sur un répartiteur 38 disposé dans le plan de la roue de turbine 33. Le répartiteur 38 est relié à une conduite forcée, de façon connue également. La fosse 39 de la roue de turbine 33 est munie d'un conduit 40 de pneumatisation permettant de maintenir le niveau de l'eau évacuée par le canal de fuite-41 en dessous de la roue de turbine 33. le diffuseur dé la pompe supérieure est relié par des tuyaux 42 au répartIteur 38 de la turbine, une vanne four reau 43 étant disposée à la hauteur du diffuseur, de façon à interrompre l'admission d'eau en provenance de la pompe dans ces tuyaux, en position de fermeture de la vanne fourreau 43. L'ouTe d'aspiration 44 de la pompe s'ouvre sur un canal de contre-pression 45. le fonctionnement de l'installation est le suivant Lorsque le réseau peut mettre à disposition une énergie autorisant le pompage, la machine électrique 31 montée sur l'arbre 32 fonctionne en moteur et entraine en rotation l'arbre 32. L'injection d'eau sur la roue de turbine 33 par les injecteurs 36, 37 est alors interrompue et si la vanne 46 sur le canal de contre-pression 45 conduisant à 1'ouïe d'aspiration 4F des pompes 35, 34 et la vanne fourreau 43 sont ouvertes, de l'eau est portée au travers du répartiteur 38 dans a conduite fore vers la retenue amont de l'installation ( non représentée). Lorsque le débit à pomper est temporairement inférieur au débit nominal d'équipement ou encore lorsque l'énergie électrique à disposition est temporairement inférieure à celle consommée au point de débit nominal, on peut ouvrir progressivement les organes d'injection, dirigeant ainsi des jets de plus en plus gros sur la roue de turbine 33; il en résulte une diminution de l'énergie électrique consommée pour le pompage et une réduction à la demande du débit refoulé vers la retenue amont. Si le réseau demande de l'é- nergie, on interrompt le pompage; la vanne fourreau 43 et la vanne 46 sont successivement fermées et la machine électrique 31, fonctionnant alors en alternateur, est entrat- née par la roue de turbine 33 et fournit de l'énergie électrique au réseau. En recyclant ainsi partiellement ou totalement le débit de la pompe, on peut assurer sur de telles installations de pompage-turbinage un réglage continu du débit pompé. On remédie notamment aux, difficultés inhérentes aux dispositifs usuels de réglage du débit de pompe, le recyclage susdit étant réglé nar 'e 9 strikuteur, respectivement les in jecteurs de la turbine. On assure ainsi, au travers de la roue de pompe, un débit constant correspondant au fonctionnement optimal de celle-ci. R E V E N D I C A T I O N Procédé de réglage du débit de pompe d'une installation de pompage-turbinage comprenant une turbine et une pompe tracées toutes deux pour un même sens de rotation, la roue de turbine (15) et la roue de pompe (23) étant calées sur un arbre commun (13) et une bâche spirale unique (12) branchée, d'une part, au distributeur (s) d'une turbine à réaction et, d'autre part, au diffuseur (9)de la pompe ou une conduite collectrice (42) branchée au diffuseur de la pompe, servant simultanément de répartiteur (38) à une turbine à action, c a r a c t é r i s é en ce qu'une partie au moins de l'eau pompée par la roue de pompe (23) dans la bâche (12), respectivement dans la conduite collectrice (42) est dirigée sur la roue de turbine (15, 33).