Brevet FR2503269A1 — publié le 19821008

La présente invention se rapporte à la synchronisation des commandes de vannage des différents étages d'une turbomachine hydraulique multiétages, telle qu'une turbine-pompe multiétages par exemple. Le cercle de vannage d'une turbomachine(turbine hydraulique FRANCIS par exemple) est manoeuvré classiquement par au moins un servomoteur à huile simple ou double-effet. Certaines turbomachines présentent au moins deux vannages c'est le cas des turbine-pompes multiétages à un réglage par étage. Il convient alors de synchroniser au mieux les positions de chaque cercle de vannage ainsi que les vitesses de déplacement de ces mê- mes cercles de vannage. La solution classique pour réaliser cette synchronisation consiste à asservir l'ouverture de chaque cercle de vannage à une me- me consigne d'ouverture par l'intermédiaire de systèmes copiants électro-hydrauliques par exemple. Dans cette solution, la qualité de la synchronisation dépend de la précision statique et de la précision dynamique des systèmes copiants : ces précisions sont fonction de la valeur des efforts de frottement des cercles de vannage; ces efforts sont très variables d'un étage à l'autre. D'autre part en cas de défaillance d'un système copiant, entrainant l'ouverture ou la fermeture intempestive du cercle de vannage correspondant, la répartition des pressions le long de la veine hydraulique de la machine est fortement perturbée, et il existe un risque d'endommagement de la machine. La présente invention permet d'améliorer la qualité de la synchronisation et de supprimer le risque d'endommagement de la machine consécutif à une manoeuvre intempestive d'un vannage. Le dispositif de commande des vannages selon l'invention est du type com portant au moins un servomoteur douhle-effet à huile par vannage, et est caractérisé en ce que l'alimentation en huile desdits servomoteurs est effectuée en série d'un étage à l'autre.Par ailleurs, selon une autre caractéristique de l'invention, ledit dispositif de commande des vannages est avantageusement muni d'un ou plusieurs dispositifs de compensation des fuites d'huile dues aux imperfections éventuelles des étanchéités desdits servomoteurs, chacun desdits dispositifs de compensation étant placé entre deux étages successifs et étant commandé par un signal figuratif de l'écart de position entre les vannages de ces deux étages. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une commande de vannages pour turbomachine hydraulique à trois étages réglables, en référence aux dessins annexés dans les quels - la figure. 1 est un schéma d'ensemble du dispositif de commande de l'invention - la figure 2 est un schéma d'un des dispositifs de compensation de fuites d'huile équipant le dispositif de commande de la figure 1. Sur la figure 1, les références 1,2 et 3 désignent les cer- cles de vannage relatifs respectivement aux trois étages de la turbomachine et commandant chacun, de manière très classique, l'ouverture et la fermeture des aubes directrices associées à 1 'étage considéré.De manière très classique également, l'ouverture 0 ou la fermeture F des cercles de vannage(1,2,3) est effectuée à l'aide de tiges de commande(4,5,6) accouplées respectivement mécaniquement chacune au'aide des accouplements(7,8,9) à des servomoteurs double-effet(respectivement 10,11,12) à piston (respectivement 13,14,15) et à commande par huile, chacun desdits servomoteurs étant muni d'une entrée amont d'huile (respectivement 16,17,18) destinée à provoquer le déplacement du piston (respectivement 13,14,15) dans le sens 0 entraînant l'ouverture du vannage (respectivement 1,2,3), et d'une entrée d'huile. aval (respectivement 9,20,21) destinée à provoquer le dé- placement du piston dans le sens F entraînant la fermeture du vannage.Les trois servomoteurs(10,11,12) sont dimensionnés en fonction du cercle de vannage associé de manière à ouvrir, pour une même pression différentielle d'huile, chaque vannage(1,2 ou 3) d'une meme quan tité. Dans l'exemple considéré, les vannages(1,2 et 3) sont supposés identiques, et par suite les servomoteurs(10,11,12) sont également identiques. Conformément à l'invention, et comme on le voit clairement sur le dessin, les trois servomoteurs(10,11,12) sont branchés, en ce qui concerne leurs commandes par huile, en série. En conséquence, l'en- trée amont 16 du premier servomoteur 10 est reliée par une canalisation 22 a l'entrée aval 20 du second servomoteur 11,l'entrée amont 17 du second servomoteur 11 est reliée par une canalisation 23 à l'entrée aval 21 du troisième servomoteur 12, et ltensemble des trois servomoteurs est alimenté en série par l'intermédiaire d'une servovalve à huile 24 dont les deux sorties sont reliées respectivement à l'entrée aval 19 du premier servomoteur 1O par une canalisation 25 et à l'entrée amont 18 du troisième servomoteur 12 par une canalisation 26. Grâce à ce mode d'alimentation, les déplacements des pistons(13,14,15) s'effectuent nécessairement en synchronisme, la synchronisation étant obtenue par transfert d'un même volume d'huile d'un servomoteur à 1 'autre, ce qui supprime les risques qui seraient dus à une manoeuvre intempestive d'un vannage. Par ailleurs, conformément à une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les petites fuites d'huile dues à l'imperfection éventuelle des étanchéités des servomoteurstlO,11,12) sont compensées en permanence et rapidement à l'aide des petites servovalves électro-hydrauliques pilotees chacune par un signal électrique figuratif de l'écart de position entre deux vannages successifs. Comme on le voit sur la figure 1, un premier bloc d'asservissement 30 a ses entrées Ul et V2 reliées aux tiges 4 et 5 de commande des cercles de vannage 1 et 2, et sa sortie 32 constituée par une canalisation connectée a la canalisation 22. De même, un second bloc d'asservissement 31, identique au bloc 30, a ses entrées V2 et V3 reliées aux tiges 5 et 6 de commande des cercles de vannage 2 et 3 et sa sortie 33 constituée par une canalisation connectée à la canalisation 23. En se reportant maintenant à la figure 2, qui schématise à titre d'exemple le bloc 30, les points V1 et V2 sont accouplés à des capteurs de position 34 et 35 transformant leurs positions en signaux électriques qui sont comparés à l'aide d'un comparateur électronique, ou sommateur différentiel, 36. La différence E entre les positions(V1,V2) des tiges (4,5) liées aux servomoteurs(10,11) est traitée par un régulateur é lectronique 37 qui pilote une servovalve électrohydraulique 38, ellemême connectée à la canalisation 32 ainsi qu'à un réservoir d'huile par son entrée 40. On place avantageusement un diaphragme de limitation de débit (41,42, figure 1) sur chacune des canalisations 32 et 33, pour limiter les débits entrant ou sortant des servovalves telles que 38. Le fonctionement du bloc 30 est le suivant Lorsque le vannage 2 est trop ouvert par rapport au vannage 1, l'écart E, positif, pilote, par l'intermédiaire du régulateur 37, la servovalve 38 de manière à ce qu'elle injecte alors dans le canal 22 la quantité d'huile nécessaire aux servomoteurg pour obtenir l'identité des ouvertures de vannage et par suite l'annulation dudit écart E. Lorsqu'au contraire le vannage 2 est trop fermé par rapport au vannage 1, l'écart E, alors négatif, entraîne la soustraction de la quantité d'huile nécessaire a la synchronisation des positions des deux vannages. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande des vannages(1,2,3) d'une turbomachine hydraulique multiétages, ladite machine étant munie de vannages réglables sur au moins deux de ses étages, ledit dispositif de commande comportant au moins un servomoteur double-effet à huile(10,11,12) par vannage, caractérisé en ce que l'alimentation en huile desdits servomoteurs est effectuée en série d'un étage à l'autre. 2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est muni d'un ou plusieurs dispositifs(30,31) de compensation des fuites d'huile desdits servomoteurs, chacun desdits dispositifs de compensation étant branché entre deux étages successifs et étant commandé par un signal (vl-v2 ,v2-v3) figuratif de l'écart de position entre les vannages de ces deux étages. 3. Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun desdits dispositifs(30,31) de compensation des fuites d'huile comporte successivement (figure 2): - deux capteurs de position(34,35) fournissant chacun un signal figuratif de la position(V1,V2) de chacun des deux vannages(1,2) - un comparateur(36)fournissant à sa sortie un signal différentiel (E) figuratif de la différence des signaux issus desdits capteurs de position T un régulateur 37 pilotant une servovalve à huile(38) de manière à lui faire injecter ou soustraire, dans le circuit d'huile des servomoteurs(10,11) des deux étages considérés, la quantité d'huile entrai- nant l'annulation du signal différentiel(E).