Brevet FR2487437A1 — publié le 19820129

La présente invention concerne les constructions hydromécaniques et, plus précisdment, les roues de turbines hydrauliques à pales orientables (Kaplan). L'invention peut être avantageusement appliquée aux turbines hydrauliques destinées à fonctionner à des pressions d'eau allant jusqu'à 80 mètres. Actuellement, les turbines à pales orientables fonctionnant dans la gamme de pressions de 10 à 80 mètres sont les plus perfectionnées, comparativement à d'autres types de turbines telle que turbines Rancis et Selon. Les avantages des turbines à pales orientables sont leurs pertes minimales de rendement lorsque la pression s1 écarte de sa valeur optimale, ainsi que leurs vtsses spécifiques élevées. Les parties constructives principales d'une turbine à pales orientables sont : une volute, un distributeur, une roue, un arbre et un système de régulation. Le principe de fonctionnement de la turbine hydraulique à pales orientables est le suivant L'eau d'amont arrive au distributeur par la volute. Le distributeur donne l'orientation requise au courant d'eau qui se dirige ensuite vers les pales de la roue. Selon la nature du courant amené, les pales de la roue se placent simultanément sous un angle voulu La rotation de laroue est transmise-, par l'intermédiaire de l'arbre, à un générateur produisant de l'énergie dlec- trique. Le système de régulation de la turbine commande toutes les opérations susmentionnées. La roue de la turbine à pales orientables comprend un moyeu à pales, un mécanisme d'orientation des pales et un servo-moteur à piston. Le moyeu de la roue@délimite deux chambres internes séparées par une cloison pourvue d'un orifice central destiné à recevoir une tige. L'une des chambres est destinée au logement du servo-moteur à piston et l'autre, à celui du mécanisme d'orientation des pales. Les deux chambres du moyeu de la roue sont remplies d'huile. Le remplissage de la chambre servant à recevoir le mécanisme d'orientation des pales est nécessaire en vue de lubrifier les surfaces frottantes des éléments de ce mécanisme. De l'huile sous pression arrive par l'intermédiaire d'une tige creuse, dans la chambre destinée à recevoir le servomoteur l'orientation des pales est réalisée par le déplacement du piston du servo-moteur au moyen d'un croisillon, situé à l'extrémité inférieure de la tige, et des éléments du mécanisme d'orientation On connaît une roue de turbine à pales orientables, qui est l'objet du brevet suisse n 407008 Cette roue comprend un moyeu muni de pales comportant une chambre intérieure pour un serv@-moteur à piston et une autre chambre pour un mécanisme d'orientation des pales, ces chambres étant séparées par une cloison pourvue d'un orifice central destiné à recevoir une tige.La chambre du moyeu dans lequel est placé le mécanisme d'orientation des pales est remplie d'huile et est isolée du courant d'eau pr des joints d'étanchéité situés dans la zone des tourillons des pales. Cette structure comprend en outre des caniveaux -par lesquels les excédents d'huile sont évacues de la cham- bre du mécanisme d'orientation des pales. Cependant, les fuites d'huile à travers les joints d'é- tanchéité des pales, quoique réduites, ne sont pas complètement éliminées. De plus, l'eau atteint la chambre du mécanisme d'orien- tation des payes, ce qui trouble le fonctionnement du système de régulation de la turbine hydraulique. Une roue de turbine hydraulique à pales orientables est également décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Améri- que, N 3 404 738. Cette roue comprend, outre les éléments du brevet précédent, un dispositif de drainage pour évacuer l'eau de la chambre du mécanisme d'orientation des pales. Une telle réalisation de la roue permet de protéger le système de régulation de la turbine contre l'action de l'eau. Cependant, la chambre du mécanisme d'orientation des pales reste remplie d'huile ce qui, comme on a déjà noté, peut provoquer, en cas d'usure des Joints d'étanchéité, des fuites d'huile dans le bassin d'eau. Une roue de turbine hydraulique à pales orientables est enfin décrite dans le certificat d'auteur URSS classe F03b, n2473846,délivré le 14.06.1975. Cette structure comprend, tout comme les roues précé- dentes, un moyeu muni de pales à l'intérieur duquel est prévu une chambre de logement d'un servo-moteur à piston et une autre pour le logement d'un mécanisme d'orientation des pales, ces chambres étant séparées par une cloison pourvue d'un orifice central destiné à recevoir une tige. La cham- bre du moyeu dans lequel est monté le mécanisme d'orientation des pales est rempli d'huile et est isolé du courant d'eau par des Joints d'étanchéité placés dans la zone des tourillons des pales. De plus, cette roue comprend une chambre de décharge située dans la zone d'étanchéification des pales et reliée par un canal de vidange au cône de la roue. Sur le fond du cône est fixé un tube à clapet anti-retour qui per met l'accumulation d'une quantitd importante d'Buile~ie. fuite et d'eau à l'intérieur du cône. Toutefois, bien que la chambre de décharge réduise un peu les fuites d'huile dans le bassin d'eau et la pénétration de l'eau dans la chambre du mécanisme d'orientation des pales, elle n'est pas en mesure de les supprimer complètement, car, après le remplissage de cette chambre de décharge par le mélange huile-eau, ce dernier remplit la chambre du mécanisme d' orientation. des pales, de sorte que cette roue commence à fonctionner de même fa çon que les roues décrites précédemment. L'invention a pour but de fournir une roue de turbine hydraulique à pales orientables telle qu'il.n'y ait plus d'huile dans la chambre du mécanisme d'orientation des pales. Ce but est atteint selon l'invention gracie à une roue de turbine hydraulique à pales orientables comprenant un moyeu muni de pales et comprenant une chambre de logement d'un servo-moteur et une autre chambre pour le logement d'un mécanisme d'orientation des pales, ces chambres dtant séparées par une cloison percée d'un orifice central destiné à recevoir une tige dans laquelle un dispositif d1é- tanchéité est monté dans la zone de passage de la tige à travers l'orifice de la cloison et les surfaces frottantes des éléments du mécanisme d'orientation des pales sont rda- lisées en une matière autolubrifiante. Une telle réalisation de la roue de turbine hydraulique à pales orientables évite la pénétration de 11 huile de la chambre de logement du servo-moteur dans la chambre du mécanisme d'orientation des pales et la pénétration de l'eau dans le système de régulation de la turbine. Dans un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif d'étanchéité est réalisé sous forme d'une série d'anneaux profilés. Une telle conception est extrêmement simple et assure un accès aisé au dispositif d'étanchéité en vue de son inspection et de son entretien. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'étanchéité est réalisé sous la forme dsun dispositif à soufflet. L'emploi d'un soufflet élimine complètement les fuites d'huile dans la chambre de logement du mécanisme d'orientation des pales ainsi que la pénétration de l'eau dans le système de régulation de la turbine. La description qui va suivre, explique plus en détail la mise en oeuvre de la présente invention dont deux modes de réalisation sont représentés aux dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 est une vue ensemble en coupe de la roue de turbine hydraulique à pales orientables conforme à l'invention. - la Fig. 2 montre la série d'anneaux d'étanchéité. - la Fig. 3 montre une variante de la roue de turbine hydraulique à pales orientables, dans laquelle le Joint d'étanchéité est réalisé sous forme d'un dispositif à soufflet. - la Fig. 4 est une vue partielle du dispositif à soufflet. Une roue de turbine hydraulique à pales orientables réalisée conformément à la présente invention comprend une douille 1 (Fig. 1) a pales 2, un servo-mote.ur 3 et un mécanisme 4 d'orientation des pales 2. Le moyeu 1 présente une chambre 5 pour le logement du servo-moteur 7 et une autre chambre 6 pour le logement du mécanisme 4 d'orientation des pales 2. la chambre 5 de logement du servo-moteur 3 est sé- paré de la chambre 6 de logement du mécanisme 4 d'orientation des pales 2 par une cloison 7 percée d'un orifice 7'. La chambre 5 de logement du servo-moteur 3 constitue un cylindre dans lequel se déplace un piston 8 fixé sur une tige 9. Dans la partie inférieure du moyeu 1 de la roue se trouve le mécanisme 4 d'orientation des pales 2 qui zone prend un croisillon 10, des biellettes 11, des leviers 12 et des tourillons 13. La tige 9 assure la liaison cinématique entre le servo-moteur 3 et le mécanisme 4 d'o- rientation des pales 2. le nombre de biellettes 11, de leviers 12 et de tourillons 13 correspond au nombre des pales 2. Chaque levier 12 est rigidement lié avec la pale 2 correspondante. La partie périphérique du tourillon 13 se trouve dans un palier 14. La partie intérieure du tourillon 13 se situe dans un palier 15. La biellette 11 du mécanisme d' o rientation des palés de la roue est fixée par sa partie supérieure sur le levier 12 et par sa partie inférieure, sur le croisillon 10. les surfaces frottantes des paliers 14 et 15 du levier 12 de la pale 2 de la roue, ainsi que les surfaces frottantes des paliers 17 des biellettes 11, constituant les éléments du mécanisme 4 d'orientation des pales 2, sont réalisées en une matière autolubrifiante. Dans la zone de passage de la tige 9 à travers l'ori- fice 7' de la cloison 7 est monté un dispositif d'étanchéité 18 (Fig. 2) constitué par une série d'anneaux profilés 19 réalisés en une matière élastique résistante à l'huile et à l'eau, par exemple,en caoutchouc. Sur la Fig. 3 est représenté une variante de réalisation de l'invention dans laquelle la chambre 5 de logement du servo-moteur 3 est isolée de la chambre 6 de logement du mécanisme 4 d'orientation des pales 2 par un dispositif à soufflet.20. le dispositif à soufflet 20 (Fig. 4) est constitué par un tube ondulé 21, en matière élastique, fixé à son extrémité supérieure à la douille immobile 1 de la roue et à son extrémité inférieure. au croisillon mobile 10 de la roue. La roue de turbine hydraulique à pales orientables réa- lisée conformément à la présente invention fonctionne de la façon suivante. L'huile provenant d'un système de régulation (non représenté) est amené sous pression an-dessus ou endessous du piston 8 (Fig.1) du servo-moteur 3 et déplace ce piston 8 qui est rigidement fixé à la tige 9 de la roue. La tige 9 entraîne le croisillon 10 relié, par intermé- diaire des biellettes 11, des leviers 12 et des tourillons 13, aux pales 2 de la roue. Ainsi, le mouvement progressif du piston 8 de la tige 9 et du croisillon 10 est tranaformé en mouvement giratoire des pales 2. La séparation étanche des chambres 5 et 6 et l'utilisation d'une matière autolubrifiante pour la réalisation des surfaces frottantes des éléments du mécanisme 4 d'orientation des pales 2, et notamment des paliers périphériques 14 et intérieures 15 des leviers 12, et des paliers 17, des biellettes 11, permettent d'éviter la pénétration de l'huile dans la chambre 6 du mécanisme 4 d'orientation des pales 2 et la pénétration de l'eau dans le système de régu- lation de la turbine (non représenté). La construction proposée de la roue permet d'éliminer les fuites d'huile dans le bassin d'eau et de supprimer en meme temps la pénétration de l'eau dans le système de régulation de la turbine hydraulique. Â la base des modes de réalisation de la présente invention exposés ci-dessus, il est évident pour l'homme de métier qu'on peut atteindre tous les buts de l'invention. Cependant, il est tout aussi évident qu'on peut apporter de légères modifications i la construction de la roue sans pour cela s'écarter de ltesprit et du cadre de l'invention. - REVENDICATIONS 1 - Roue de turbine hydraulique à pales orientables comprenant un moyeu muni de pales et comportant une chambre pour le logement d'un servo-moteur et une autre chambre pour le logement d'un mécanisme d'orientation des pales, ces chambres étant séparées par une cloison percée d'un orifice à travers lequel passe une tige assurant la liaison cinématique entre les servo-moteur et mécanisme d'orienta- tion des pales, caractérisé en ce qu'elle comporte un dispositif d'étanchéité (18, 20) dans la zone de passage de la tige (9) à travers l'orifice (7') de la cloison (7) ce qui évite la pénétration de 11 huile contenue dans la chambre (5) de logement du servo-moteur (3) dans la chambre (6) de logement du mécanisme d'orientation des paliers (4) et que les surfaces frottantes des éléments du mécanisme (4) d'orientation des pales sont en une matière autolubrifiante. 2 - Roue de turbine hydraulique à pales orientables selon la revendication I, caractérisé en ce que le dispositif d'étanchéitb (18) est constitué par une série d'anneaux profilés. (19). 3 - Roue de turbine hydraulique à pales orientables selon la revendication I, caractérisé en ce que le dispositif d'étanchéité (20) est un dispositif à soufflet (21).