Brevet FR2506398A1 — publié le 19821126

La présente invention se rapporte a un perfectionnement â la conception mécanique des turbines-pompes multi-etages de haute-chute telles que par exemple les turbines-pompes bietages à double-distributeur mobile. La figure l annexée représente schematiquement une turbinepompe bi-etages a doubleistributeur mobile de l'art antérieur. Dans ce type de turbine-pompe très classique, la roue 1 de l'étage inférieur est reliée, du point de vue hydraulique, a la roue 2 de l'étage supérieur par un conduit 3 en forme de S à courbure très prononcée, de sorte que l'implantation de la roue 1 est pratiquement très rapprochée de celle de la roue 2 et qu'il n'existe donc pas de possibilité de place, entre les deux étages, pour une structure de support très solide de certains éléments de la turbine, tels que des paliers par exemple. Dans l'état actuel de la technique, et tel qu'on le voit sur le dessin, 1' arbre 5 du groupe tournant est supporte par deux paliers, dont un palier supérieur 6 supporte par le flasque supérieur 7 du dernier étage, et un palier inférieur 8 loge dans le coude d'aspiration qui alimente la roue 1 du premier étage. Ie coude d'aspiration 9 comporte donc, pour ces turbines-pom pes classiques, un cone intérieur 10 dans lequel passe 1' arbre 5 et qui supporte le palier inférieur 8. L'existence de ce cône 10 dans le circuit d'aspiration 9 crée une obstruction importante à l'aspiraGion qui entraîne une déformation sensible du champ des vitesses à l'entrée en pompe du premier etage de sorte que, spécialement pour ces machines de très haute-chute, les risques de cavitation se trouvent fortement augmentes avec les inconvénients bien connus qui en résultent. D'autre part, ces turbines-pompes de haute-chute doivent pos séder, pour conserver des caractéristiques de fonctionnement acceptables, des roues dont le coefficient n : vitesse de rotation en tours/minute Q : débit d'eau en m3/s H : Hauteur de chute en mètres peut descendre jusqu'à 25. Cette condition exige que l'on adopte, pour des machines développant des puissances importantes, des vitesses de rotation élevées. La stabilité des parties tournantes, en particulier en survitesse et à l'emballement, constitue alors une des difficultés majeures pour la conception mécanique de ces machines.Or, 1 'existen- ce d'un arbre traversant le coude d'aspiration de l'étage inférieur rend difficile la solution de ce problème car d'une part cet arbre présente une certaine flexibilité du fait qu'on est amené à réduire son diamètre au passage du coude pour diminuer les risques de cavitation, et d'autre part il n'est pas possible mécaniquement de conférer une très grande rigidité a la fixation du palier inférieur sur le coude d'aspiration. Enfin, le simple examen de la figure 1 permet de se rendre compte que, pour ce type de turbine-pompe connue, l'accessIbilité des composants des deux étages, tels que la roue du premier étage, que l'on aimerait pouvoir démonter facilement, et les pièces constituant les dis tributeurs, est extrèmement médiocre. La turbine-pompe maltiétages de haute-chute conforme à 1 'inven- tion est d'une conception mécanique telle qu'elle ne présente pas ces inconvénients. Elle est caractérisée en ce que son étage inférieur, ou premier étage, est construit comme une turbine-pompe monoétage clas situa à palier fixé sur le flasque supérieur, qui débite dans une bâche à solute-multipie, les conduits de sortie de cette volute-multiple venant alimenter le deuxième étage qui, s'il n'est pas le dernier étage, est identique audit premier étage, et ainsi de suite jusqu'au dernier étage qui est lui-même construit comme un étage de turbine-pompe monoétaga classique. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront plus nettement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation d'une turbine-pompe à deux étages à distributeurs réglables, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1, déjà décrite précédemment, est une vue longitudinale schématique d'une turbine-pompe Imilti8tages de l'art antérieur - la figure 2 est une vue longitudinale. schématique de la turbine-pompe de l'invention - la figure 3 est une vue en coupe schématisée selon la direction générale AA' de la figure 2 En se reportant à l'ensemble des figures 2 et 3, on voit que l'étage inférieur, ou premier étagde la turbine-pompe de l'invention est construit comme une turbine-pompe monoétage classique qui debite dans une bâche à double-volute 12 connue en soi. I1 comporte donc un aspirateur standard 19, qui n'a pas l'inconvénient d'être traversé par 1 'arbre 45 de la machine, et une roue standard 13, placée en bout de l'arbre 15 qui tourne dans le palier inférieur 18 placé ici à hauteur du flasque supérieur 16 de l'étage.La commande 14 des distributeurs mobiles 17 de l'étage est, dans le cas de figure représenté, effectuée par le dessous et donc supportée par le flasque inférieur 20 il va de soi qu'elle peut aussi, avec ce type de réalisation qui laisse beaucoup de place au-dessus de la roue, être logée dans le flasque superieur 16, et donc être effectuée par le dessus. Conformement à l'invention, le premier étage 11 débite dans une hache à double-volute i2 dont les deux conduites de sortie (24,22), en forme de S très peu incurvé comme représenté sur la figure 2, viennent alimenter le deuxième étage 23 qui est lui aussi constitue, a l'alimentation (24,22) pres et a la portion inférieure de l'arbre 15 près, comme une turbine-pompe monoetage classique débitant dans une volute de sortie 24 tout a fait standard.Ce second étage comporte donc une roue 31 identique à la roue 13, un flasque inferieur 25 tout a fait semblable au flasque inférieur 20 du premier étage, et un flasque supérieur 26 supportant les circuits 27 de commande des distributeurs réglables 28 ainsi que le palier supérieur 38. Par ailleurs, selon une caractéristique supplémentaire avantageuse de l'invention, la partie substantiellement rectiligne de chacun des circuits de sortie (24,22) de la bâche a double-volute 12 est composée d' un élément de conduite(29 et 30 respectivement) amovible, ce qui permet d'accéder, après démontage d'au moins un de ces éléments, a la roue 31 pour les travaux d'entretien. On voit donc que la réalisation selon l'invention entraine des avantages considerables, comparés a la réalisation selon la figure 1 Le coude d'alimentation 19 sans obstruction facilite grandement le tracé hydraulique, et entraine donc moins de pertes de charge et donc moins de. perte de rendement. La conception des étages pratiquement identique à celle des turbines-pompes monoétage classiques permet l'utilisation en série d'éléments standard tous identiques. La .machine comporte deux paliers(18,38) fixés solidement sur le flasque supérieur(16,26) de chacun des étages. L'arbre 15 n'a pas besoin d'être rétréci en diamètre comme c 'était le cas pour la partie inférieure de 1 'arbre 5 de la figure 1.La perte de charge dans les conduits de retour(21,22) de la double-volute 12 est très faible comparée à celle se produisant dans le canal de retour(3) de la réalisation de la figure 1. Avec l'utilisation d'une volute-multiple(double-volu- te dans l'exemple considéré) au droit du premier étage, les efforts pulsatoires radiaux agissant sur le palier inférieur 18 sont beaucoup moins importants que ceux que l'on constate lors des régimes transitoires au droit d'une bâche s4mple-volute conventionnelle, car les réac tions radiales sont équilibrées, que la volute-multiple soit d'ailleurs double, triple, quadruple, etc... Les performances en turbine sont améliorées, car la répartition des vitesses à l'entrée de l'étage inférieur est plus uniforme.Le flasque inférieur 25 du deuxième étage est beaucoup plus rigide que celui des turbines-pompes multietages de l'art antérieur, telle que- celle de la figure 1, de sorte que 1 'on n' introduit pas la, comme.c'etait le cas auparavant, de flexibilité importante de ce flasque inférieur risquant d'entrainer un coincement des distributeurs. Enfin, l'accessibilité des composants des deux étages est amé liorée, notamment celle des pièces constituant les distributeurs 17 et de la roue 13 du premier étage, qui est alors facilement démontable. Pour accéder a la roue du premier étage, il suffira - de démonter une partie du coude d'alimentation 19 ou, pour les turbines-pompes de grandes dimensions, de prévoir un trou d'homme dans le coude. On peut même ensuite démonter sans trop de peine la roue 31 du deuxième étage par la partie inférieure après démontage en particulier des éléments 29 et 30 ainsi que du flasque inférieur 25 du deuxième étage. L'invention n'est évidemment pas limitée a l'exemple qui vient d'être décrit. Elle s'applique très facilement a la conception de turhines-pompes a trois étages et plus puisqu'il suffit alors de superposer des étages identiques a l'étage il de la figure 2. La commande des distributeurs de chaque étage peut être faite systématiquement par le dessus pour tous les étages, ou par le dessous pour tous les étages, ce qui facilite la construction de pie ces en série et diminue leur coût de remplacement. Les volutes-multiples peuvent etre des volutes triples, quadruples, ou plus, et le dernier étage peut aussi. être muni d'une bacille a volute multiple si on le préfère. REVENDICATIONS 1. Turbine-pompemulti-étages de haute-chute, caractérisée en ce que son étage inférieur, ou premier étage(-l), est construit comme une turbinepompe monoétage å palier(18) fixé sur le flasque supérieur(16), mais qui débite dans une bâche à volute-multiple(12) les conduites de sortie(21, 22) de cette volutemultiple venant alimenter le deuxième étage qui, s'il n'est pas le dernier étage, est identique audit premier étage(11), et ainsi de suite jusqu'au dernier étage(23) qui est lui-même construit comme un étage de turbine-pompe monoétage. 2. Turbine-pompe selon la revendication 1 , du type selon lequel les étages sont équipés de distributeurs réglables, caractérisée en ce que les dispositifs de commande desdits distributeurs sont positionnés de la mème manière sur chacun des étages.