Brevet FR2504166A1 — publié le 19821022

L'invention a pour objet un dispositif d'isolement d'une turbine hydraulique. Les turbines hydrauliques de type axial sont placées au pied d'un barrage chacune dans un canal hydraulique de liaison entre un canal d'amenée de liteau formant le bief amont du barrage et un canal d'évacuation formant le bief aval. Une installation de ce genre a été représentée à titre d'exemple sur les figures 1 et 2, la figure t étant une vue en élevation, en coupe axiale et la figure 2 une vue en coupe horizontale selon II-II, figure 1. Entre le canal d'amenée de l'eau 1 et le canal hydraulique 12 débouchant dans le canal d'évacuation 13, est généralement placée une forme d'amenée Il ou "entonnement" limitée latéralement par deux piles 21 et dont les parois sont profilees pour raccorder le canal d'amenée 1 au canal hydraulique 12. La turbine 3 comporte une hélice 31 placée à entrée du canal hydraulique 12 et, dans le cas des groupes bulbes, un ensemble mécanique et éventuellement un alternateur places dans une enveloppe 32 en forme de bulbe qui, généralement, est disposé à l'amont de lthélice 31. Il est parfois nécessaire d'intervenir sur l'un des groupes de la centrale et c'est pourquoi chacun des groupes doit pouvoir Etre isolé de l'eau sans arrtter le fonctionnement des autres groupes. A cet effet, dans le mode d'alimentation dit "en chambre d'eau" le barrage est muni, en amont de la turbine 3, d'un puits vertical d'accès 14, limite latéralement par deux piles 21 disposées entre le parement amont 20 du barrage 2 et un contre barrage 22 placé en amont et à la base duquel sont menagés les orifices d'entrée des formes d'entonnement 11 de chaque groupe, devant lesquels sont placées des grilles 15 de retenue des détri- tus solides. Un puits 14 permet d'accéder à chaque turbine pour intervenir sur celle-ci. 11 a donc une section suffisante pour le passage des parties démontables de la turbine les plus volumineuses et doit pouvoir Etre asséché ainsi que le canal hydraulique 12. Dans ce but, le puits 14 est fermé vers l'amont par une vanne 23 constituée par exemple de panneaux empilés qui coulissent dans deux rainures verticales 24 menagées sur les piles 21 pour venir fermer l'orifice par lequel la forme d'entonnement 11 débouche dans le fond du puits 14. Une vanne 25 permet également de fermer le canal hydraulique à l'aval et il est ainsi possible de vider l'ensemble du puits 14 et du canal hydraulique 12 de façon à pouvoir intervenir sur la turbine 3 qui est alors iso lée et à sec. Une telle disposition nécessite donc un Cénie civil important constitué par le prolongement des piles 21 et le contre-barrag 22 et augmente très sensiblement le colt du barrage. Dans un autre mode de réalisation, dont un exemple a été repr- senté sur la figure 3, une partie 121 du canal hydraulique et notamment celle qui entoure l'hélice 31 et I'extrémité adjacente du bulbe, est constituée par un manteau métallique profilé qui assure la liaison entre les deux autres parties amont 122 et aval 123 du canal hydraulique, ce manteau 121 étant placé dans le fond d'un puits d'accès 140. Dans ce cas, le puits d'accès est donc placé à l'intérieur du barrage c'est-à- dire, le plus souvent, dans le plancher de l'usine hydroélectrique placée au-dessus des turbines. Pour isoler la turbine, le canal 12 doit encore être ferre l'amont et à l'aval respectivement par des vannes 24 et 25 constituées par des panneaux plans qui coulissent dans des rainures ménagers le long des parois du canal 12. Dans ce cas, le puits d'accès n'étant plus place en amont du barrage 2, la vanne amont 24 peut-ttre disposée plus près du parement amont du barrage. On peut donc, éventuellement, limiter l'importance des piles 21 le long desquelles sont ménagees les rainures de guidage de la vanne 24. Mais ces rainures risquent d'être obstruées par les corps étrangers entrains par l'eau. M8me si l'on envisage de remplacer la rainure par une simple surface d'appui en relief sur laquelle la vanne viendrait s'appuyer, cet appui ne pourrait pas entre protége efficacement. L'invention a pour objet un nouveau dispositif d'isolement de turbines n'ayant pas ces inconvénients et permettant notamment de simplifier considérablement le Génie Civil en supprimant les piles et les rainures de guidage des vannes amont. Conformément à l'invention, le dispositif d'isolement est constitué par un batardeau amovible en forme de dt)me dont l'ouverture a une section supérieure à celle de l'orifice d'entrée du canal hydraulique et dont le bord est susceptible de venir s'appliquer de façon étanche sous la pression de l'eau sur une portée d'appui plane menage sur le parement du barrage autour de l'orifice d'entrée du canal hydraulique, la vanne 25 etant préalablement fermée. Dans un mode de réalisation particulier, le dame est associé à une cheminée d'accès munie à sa base de moyens de fixation sur un piquage de meme section ménagé à la partie supérieure de dome, la longueur de la cheminée étant superieure à la hauteur d'eau maximale au-dessus dudit piquage. L'invention a également pour objet un procédé et un appareillage original de mise en place du batardeau amovible. En effet, le dôme est muni d'une part de deux organes d'accrochage sur un palonnier de suspension, placés de part et d'autre d'un plan axial de symétrie et d'autre part, à la hauteur de son bord, de deux montants susceptibles de prendre appui sur le parement amont du barrage celui-ci etant muni de butées d'arr8ts des extrémités des montants, placées sur une ligne horizontale au-dessus de l'orifice d'entrée du canal hydraulique et constituant un axe de pivotement du dbme entre une position de descente pour laquelle le bord du dôme se trouve dans un plan horizontal et la position d'application du bord sur la portée d'appui du parement amont du barrage. D'autres dispositions originales apparattront dans la description qui va suivre de deux modes de réalisation particuliers de l'invention représentés, à titre d'exemple, sur les dessins annexés. La figure 1 et la figure 3 représentent respectivement, en coupe verticale, deux dispesitions classiques d'un groupe axial, la figure 2 étant une vue en coupe horizontale selon II-II figure I. La figure 4 et la figure 5 représentent en élévation, respectivement en coupe axiale et en vue de face, un premier mode de réalisation et de mise en place du batardeau selon l'invention. La figure 6 et la figure 7 représentent en élévation, respectivement en coupe axiale et en vue de face, un second mode de réalisation et de mise en place du batardeau. Si l'on compare la disposition selon l'invention représentée par exemple sur les figures 4 et 5 aux dispositions connues représentées sur les figures 1 et 3, on voit que la caractéristique essentielle de l'invention réside dans le remplacement du panneau plan 24 formant la vanne amont coulissant dans des rainures verticales, par un simple dôme qui peut 8trie descendu au moyen d'un pont roulant puis, lorsqu'il est arrivé au-dessus de l'orifice d'entrée du canal hydrauliquepivote autour de butées prévues sur le parement amont pour venir s'appuyer sur celui-ci en venant "coiffer" le conduit hydraulique. La surface d'appui du joint est donc constituée par le parement amont lui-m8me sur lequel est ménagée une portée d'appui plane tout autour de l'orifice d'entrée du canal hydraulique. Cette portée d'appui, qui peut Xetre un peu écartée du bord de l'orifice d'entrée, est à l'abri de tout encrassement, déformation etc... . Une protection anticorrosion assure donc une grande longévité à ce dispositif puisque cet ap pui se trouve à l'abri de tous chocs et passages de corps étrangers. Dans le cas où, comme on l'a représenté sur la figure 3, on a prévu à l'intérieur du barrage un puits d'accès 140 dans lequel le canal hydraulique est constitué par un manteau démontable 121, le batardeau a pour seul objet de fermer l'orifice d'entrée 120 du canal hydraulique et est donc constitué par un simple de, de préférence hémisphérique. Mais le batardeau selon l'invention est également utilisable lorsqu'il ntest pas prévu de placer un puits d'accès à l'intérieur du barrage et que, selon la disposition en chambre d'eau représentée sur la figure 1, du ce puits d'accès aurait dû titre placé en amont/parement 20 du barrage. Dans ce cas en effet, on associe au d & e une cheminée dont la section est suffisante pour le passage des pièces les plus volumineuses de la turbine et est fixée sur un piquage ménagé à cet effet sur le dôme. C'est ce mode de réalisation qui a été représenté sur les figures 4 à 7 qui illustrent, à titre d'exemple, deux modes de mise en place du dame. Dans les deux cas en effet, le dispositif forme un puits d'accès qui est formé de deux parties distinctes, la partie inférieure 5 en forme de d & e susceptible de venir coiffer l'orifice d'entrée 120 du canal hy draulique 12 et la cheminée 6 fixée sur le dOme et qui peut elle ra e être constituée d'un certain nombre d'éléments superposés. Le dôme 5 a, de préférence une forme hémisphérique, et est donc limité par un bord circulaire 51 de diamètre supérieur au diamètre de lto- rifice d'entrée du canal 12. Hais la forme hémisphérique n'est pas la seul le possible et il est bien évident que le dôme 5 pourrait avoir, par exemple, la forme d'un c8ne ou d'un polyèdre. A la partie supérieure de la calotte 5 est ménagé un piquage 52 dont la section est déterminée de façon à permettre le passage des pièces les plus volumineuses du groupe et qui est limité par une bride 33 placée dans un plan perpendiculaire au plaa du bord circulaire 51. La cheminée 6 a une section identique à celle du piquage 52 et comporte elle-m & e une bride 61 qui vient s'appliquer et se fixer sur la bride 53 du piquage 52, avec interposition d'un joint d'étanchéité. Gomme on l'a indiqué, le puits 6 peut être constitué d'éléments superposés mis en place successivement mais il semble inutile de le décrire en détails. Dans le mode de réalisation représenté, la cheminée 6 et le piqua~ ge 52,constitués par des enveloppes cylindriques fermées, comportent éven tuellement une face plane 62 tournée du caté du parement amont 20. Sur les figures 4 et 5, on a représenté à titre d'exemple, un premier mode de mise en place du batardeau selon l'invention. Le d & e hémisphérique 5 est muni de points de suspension 55 disposés symétriquement de part et d'autre du plan de symétrie passant par l1axe de piquage 52 et par le centre de gravité de l'ensemble. De la sorte,lorque le dôme est suspendu par un palonnier, le bord circulaire 51 se trouve dans un plan horizontal. De part et d'autre du piquage 52 sont placés proximité du bord 511 des montants de guidage 56, s'étendant au delà du plan de la bride 53 et qui sont munis à leurs extrémités de galets 57 d'appui sur le parement 20 de façon à maintenir la bride 53 à une distance suffisante du parement 20 à la-mise en place du d & e. En effet, celui-ci étant suspendu par un palonnier 7 à un portiez que de manoeuvre 8, l'ensemble est descendu dans la positon représentée sur la figure 4, les galets 57 roulant sur des rails de guidage verticaux 26 fixes sur le parement 20. La descente se poursuit ainsi-jusqutà ce que les galets 57 viennent s'appuyer sur des butées 27 placées sur le parement 20 au-dessus de ltorifice d'entrée du canal 12 à une distance de l'axe du canal sensiblement égale à leur distance par rapport au centre du dAme 5. De la sorte, si l'on continue la descente du d8me, celuici pivc- te autour des axes des galets 57, jusqu' ce que le bord circulaire 51 vienne s'appliquer une portée d'appui plane 54 ménagée sur le parement 20 autour de l'orifice d'entrée 120 du canal 12. Des joints d'étanchéité de type connu sont placés le long du bord circulaire 51 entre le d8me 5 et la portée d'appui 54. On peut aussi prévoir un dispositif d'injection d'eau sur la périphérie de la face d'appui 54 pour le nettoyage de celle-ci avant le plaquage du batardeau. Après la mise en place du dôme 5, le palonnier 7 est décroché automatiquement puis remonté. La cheminée est ensuite descendue par le pont roulant et posée sur la bride 53 du piquage 52. La fixation des brides peut être faite par des boulons si la profondeur n'est pas trop importante ou bien, par exemple, par des systèmes à batonnettes ou encore de l'intérieur de la cheminée, après vidange de celle-ci. Comme on l'a indiqué, la cheminée 6 a une section prévue en fonction de la dimension des pièces que l'on peut démonter et il est possible d'y monter, ainsi que dans le d8me, des moyens de manutention pour faciliter le démontage de l'alternateur. D'autre part, la cheminée peut également porter des moyens de vidange du puits et du canal, par exemple un groupe de pompage. Ces moyens permettent également de remettre en eau le puits et le canal à la fin de l'intervention, avant de remonter le batardeau. Pour faciliter l'accrochage du palonnier automatique 7 sur le dorme 5 lorsque l'on désire remonter celui-ci, il est intéressant d'utiliser la disposition représentée sur les figures 4 et 5 et comportant un palonnier intermédiaire 71 relié en permanence par des câbles aux points de suspension 55 du de 5 et sur lequel viennent s'accrocher les crochets automatiques 72 du palonnier 7. En effet le palonnier intermédiaire 71 peut autre déposé sur des appuis 58 (figure 4) prévus à cet effet sur le d & e 5 et reste donc solidaire de celui-ci pendant l'intervention, alors que le palonnier 7 est remonté. D'autre part, le palonnier est muni à ses extrémités d'organes de guidage escamotables 73 qui peuvent s'engager dans des rainures verticales 28 pré vues à cet effet sur des murs latéraux 29 placés de part et d'autre de l'o- rifice d'entrée du canal 12. Ces murs latéraux ne peuvent ttre comparés aux piles 21 de la structure connue puisqu'ils ont pour seul racle d'assurer le guidage du palonnier à la mise en place de celui-ci et ils peuvent donc avoir une structure assez légère car ils sont toujours soumis à la ~ pression sur les deux faces. On notera cependant qu'ils assurent une protection relative contre les courants d'eau lors du débatardage d'un groupe lorsque les groupes voisins sont en service. A la mise en place du dorme 5, les guides 73 sont escamotés dans la position représentée sur la partie supérieure de la figure 5, puisque, lors de cette opération, le palonnier intermédiaire 71 doit décrire un arc de cercle entre les murs latéraux 29, le pont roulant se déplacant pour rester à la verticale des organes de suspension 55. En revanche, lorsque l'on veut retirer un d & e déjà en place, on remet en place les guides latéraux 73 qui, à la descente du palonnier 7 s'engagent dans les rainures 28. De la sorte, les crochets 72 du palonnier viennent s'accrocher directement sur les axes prévus à cet effet sur le palonnier intermédiaire 71. On remonte légèrement le palonnier 7 de façon à soulever le palonnier intermédiaire 71 jusqu'à ce que les câbles de liaison avec les points de suspension 55 soient tendus. Les guidages latéraux 73 sont escamotés et il est alors possible de remonter le dame, celui-cipivotant autour des galets 57. En cas de besoin, le d & e 5 peut éventuellement Etre muni d'organes de guidage le long des murs latéraux 29. D'autre part des appuis 580 analogues aux appuis 58 permettent également de reposer le palonnier intermédiaire 71 sur le d6me lorsque celui-ci est rangé à lthorizonta en position ducat tente. Un autre mode de mise en place du dAme, représenté sur les figures 6 et 7 permet d'éviter l'utilisation des murs latéraux et du palonnier intermédiaire. Dans ce cas, les montants 56 sont articulés sur un cadre 9 qui, dans la position de mise en place du dame 5, est parallèle à la bride 53 du piquage 52. Le cadre 9 forme d'autre part un chariot de guidage muni de galets 91 qui roulent sur des rails 26 ménagés sur le parement amont 20, jusqu'à ce qu'ils soient arrêtés par des butées 27 placées à la base des rails 26 de telle sorte que l'axe d'articulation 560 des montants 56 sur le cadre 9 se trouve à égale distance dll centre du dAme 5 et de l'axe 124 du canal 12. Le cadre 9 est maintenu appliqué contre le parement 20, et à cet effet, les rails 26 peuvent Autre constituées de profilés en U scellés conc tre le parement 20 et dans lesquels stengagent les galets 91. D'autre part, le d8me 5 est relié au cadre 9 par des vérins 92 dont le corps est articulé sur le cadre 9 et la tige sur des points de suspension 95 du d8me 5 ou inversement. Dans ce mode de réalisation, le palonnier 7 peut être accroché directement sans l'intermediaire de cibles, sur les points de suspension 55 du d8me. Celui-ci est ainsi descendu en position horizontale, en étant guidé le long du parement 20 par le cadre jusqu'à ce que ce dernier vienne s'appuyer sur les butées 27. Le palonnier 7 peut alors astre décroché automatiquement, le d8me 5 étant maintenu en place dans cette position par le cadre 9 et les vérins 92. On actionne alors les vérins 92 qui retiennent le d8me et qui, en s'allongeant, permettent à celui-ci de pivoter autour des axes 560 jusqu'à ce que le bord circulaire 51 vienne s'appliquer sur le pourtour de l'orifice d'entrée 120 du canal. Comne dans le cas précédent, on met alors en place sur la bride 53 du piquage 52 la cheminée d'accès 6 et, la vanne 25 étant fermée, on peut vider le canal hydraulique isolé-par le d8me 5 et la cheminée 6. On voit que cette solution ne nécessite pas de murs de guidage latéraux, les efforts latéraux éventuels dus à des courants d'eau étant repris par les rails de guidage 26 du chariot 9. Dans tous les cas qui viennent d'titre décrits, la grille est désolidarisée du reste de la centrale et peut astre reportée à tous endroits judicieux en amont dans le canal d'amenée 1. Le principal avantage du dispositif qui vient d'strie décrit est la réduction ou la suppression de l'entonnement amont qui permet de diminuer l'importance du Génie civil. Mais d'autres avantages résultent directement de l'utilisation d'un batardeau amovible en forme de dAme. Ainsi, la longueur du joint est limitée à celle d'un appui circulaire indéformable, facile à protéger contre la corrosion et les chocs de corps étrangers. La lon gévité et la sécurité des joints sont donc accrues. D'autre part, la structure en forme de dôme peut être plus légère et, grâce à sa grande rigidité, les fuites sont très limitées. Enfin, notamment si l'on utilise les appareillages qui viennent d'être décrits, le temps de mise en place de ce type de batardeau est réduit. Mais l'invention ne se limite évidemment pas aux détails des différents modes de réalisation qui viennent d'être décrits, d'autres variantes et d'autres méthodes de mise en place pouvant autre imaginées sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que le m8me dispositif peut être utilisé à l'aval, remplaçant avantageusement la vanne aval pour les turbines de très grandes dimensions. En outre, si l'invention a été décrite dans le cas de groupe bulbe, il est bien certain qu'elle peut s'appliquer à tous groupes axiaux d'usines hydroélectriques comme les groupes de type Harza, les groupes en S, les turbines-pompes axiales etc... REVENDICATIONS 1- Dispositif d'isolement d'une turbine hydraulique placée dans un canal hydraulique 12 ménagé dans un barrage 2 entre un canal d'amenée 1 et un canal d'evacuationl3 del'eau, le barrage étant limité par un parement 20 dans lequel est ménagé l'orifice d'entrée 120 du canal hydraulique I2, caractérisé par le fait qu'il est constitué par un batardeau amovible en forme de d & e 5 dont l'ouverture a une section supérieure à celle de l'orifice d'entrée 120 du canal 12 et dont le bord 51 est susceptible de venir s'appliquer de façon étanche sous la pression de l'eau sur une portée d'appui plane 54 ménagée sur le parement 20 autour de l'orifice d'entrée 120. 2- Dispositif d'isolement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le d8me 5 est associé à une cheminée d'accès 6 munie à sa base de moyens de fixation 61 sur un piquage 5 2 de mtme section ménagé à la partie supérieure du dame, la longueur de la cheminée 6 étant supérieure à la hauteur d'eau-maximale au-dessus dudit piquage 52. 3- Dispositif d'isolement amont selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le d & e 5 est muni d'une part de deux organes d'accrochages 55 sur un palonnier de suspension 7, placés de part et d'autre d'un plan axial de symétrie et d'autre part, à la hauteur de son bord 51, de deux montants 56 susceptibles de prendre appui sur le parement amont 20 du barrage 2, celui-ci étant muni de butées 27 d'arrêt des extrémités des montants 56 placées sur une ligne horizontale au-dessus de l'orifice d'entrée 120 et constituant un axe de pivotement du d8me 5 entre une position de descente pour laquelle le bord 51 se trouve dans un plan horizontal et la position d'application du bord 51 sur la portée d'appui 54 du parement 20. 4- Dispositif d'isolement selon les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que les moyens de fixation 61 de la cheminée 6 sur le piquage 52 comportent une bride 61 susceptible de s'appliquer et d'être fixée sur une bride correspondante 53 ménagée sur le piquage 52 dans un plan perpendiculaire au plan axial de symétrie des organes d'accrochage 55. 5- Dispositif d'isolement amont selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les organes 55 d'accrochage du d & e sont reliés par des cables 72 à un palonnier intermédiaire 71 sur lequel peut venir se fixer le palonnier de suspension 7 par l'intermédiaire d'organes d'accrochage automatique 72, le d8me 5 étant muni d'appuis 58 sur lesquels le palonnier intermédiaire 71 repose après mise en place du d8me 5 et décrochage du palonnier de suspension 7. 6- Dispositif d'isolement selon la revendication 5, caraetérisé par le fait que le barrage 2 est muni, de part et d'autre de orifice 120 du canal hydraulique 12, de deux murs latéraux 29 sur lesquels sont ménagées des rainures de guidage 28 placées dans un plan vertical perpendiculaire à l'axe du canal hydraulique 12 et dans lequel se trouve placé le palonnier intermédiaire 71 en position de repos sur les appuis 58 après mise en place du dôme 5, le palonnier de suspension 7 étant muni à ses extrémités d'organes de guidage éclipsables 73 susceptibles de s'engager dans les rainures 28 pour la mise el place et l'accrochage du palonnier 7 sur le palonnier intermédiaire 71 et d'titre éclipsés après mise en tension des cables de liaison 72 pour lja remontée du dorme 5. 7- Dispositif d'isolement selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les montants d'appui 56 sont articulés à la base d'un cadre 9 maintenu dans un plan vertical, en position de descente du danse 5, par des vérins 92 articulés sur lé dôme 5 et sur le cadre 9 et muni d'organes d'accrochage 91 coopérant avec des moyens 26 d'application du cadre 9 contre le parement 20 du barrage à la descente du demie 5 jusqu'à l'appui sur les butées 27, lesdits vélins 92 assurant le pivotement du dame 5 et son application contre le pavement amont 20 après l'engagement des organes d'accrochage 91 sur les moyens d'application 26. 8- Dispositif d'isolement selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les organes d'accrochage du cadre sont des galets 91 unn- tés rotatifs sur le cadre 9 autour d'axes horizontaux parallèles au plan du cadre et susceptibles de rouler, à la mise en place du derme le long du parement 20 en s' engageant entre les ailes de deux profilés verticaux 26 à section en U seellés contre le parement 20 et constituant les moyens d'application du cadre 9.