Brevet FR2533267A1 — publié le 19840323

L'invention a pour objet un dispositif de régulation de la vitesse de rotation d'une turbine hydraulique Kaplan. On sait depuis longtemps que l'on peut réguler la vitesse de rotation des turbines Kaplan en les dotant de pales orientables dont on modifie le pas en fonction des variations de la vitesse d'écoulement de l'eau. Les moyens qui permettent de rendre les pales orientables sont connus et ne font pas l'objet de l'invention. Jusqu'à présent, la régulation de la vitesse d'une turbine Kaplan se fait à l'aide d'un organe sensible à la vitesse qui est relié par des moyens intermé- - diaires'de liaison à un mécanisme d'orientation des pales. L'invention consiste à supprimer les moyens intermédiaires et à réaliser une commande directe dutmécanisme d'orientation par un régulateur à boules utilisé comme organe sensible à la vitesse. Contrairement à ce qui a paru nécessaire jusqu'à présent, il est apparu, selon l'invention, qu'un régulateur à boules convenablement constitué est capable de manoeuvrer directement le mécanisme d'orientation des pales, au moins sur les turbines Kaplan de puissance modérée destinées à équiper les petites chutes hydrauliques de l'ordre de 2 m jusqu'à 10 environ, à un débit de 0,2 m3/s jusqu'à 1 m3/s. Dans une turbine hydraulique Kaplan à pales orientables conforme à l'invention ayant un arbre-creux contenant un arbre intérieur de manoeuvre du mécanisme d'orientation des pales, une roue dentée étant calée en rotation et entranslation sur cet arbre creux, un régulateur à boules à ressort de rappel estrendu solidaire en rotation de cet arbre creux. Ce régulateur comprend au moins deux branches dont les extrémités sont déplaçables dans le sens longitudinal de l'arbre intérieur sous l'effet de la force centrifuge et ces extrémités sont reliées à l'extrémité libre de cet arbre inté rieur, à travers des ouvertures ménagées dans l'arbre creux. De préférence, ce dernier est prolongé au-delà des branches déplaçables et il est entouré de rondelles élastiques comprimées par un écrou et s'appliquant contre les extrémités déplaçables des branches du régulateur. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, une embase est incorporée à une face laterale de la roue dentée et le régulateur à boules est monté sur cette embase. Ce régulateur comprend deux équerres à 90Q chacune, diamétralement opposées, montées pivotantes à leur sommet autour d'un axe supporté par l'embase, une première branche de chaque équerre disposée radialement constituant la branche à extrémité déplaçable en sens longitudinal, la seconde branche étant disposée longitudinalement et portant une masselotte.. On donnera maintenant, sans intention limitative, une description du mode préféré de réalisation de l'invention. On se réfèrera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue d'ensemble en coupe longitudinale d'une turbine hydraulique Kaplan conforme a l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1. Une turbine hydraulique Kaplan 1 pour chutes d'eau de faible importance comprend à l'intérieur d'une enveloppe 2 un rotor 3 muni de pales 4. Celles-ci sont montées à l'intérieur d'un moyeu 5 par l'intermédiaire d'un pied de pale 6 qui a un axe géométrique 7 de rotation sur lui-même. Chaque pale 4 est déportée par rapport à l'axe 7 correspondant, de sorte qu'une rotation angulaire limitée autour de ce dernier modifie l'angle d'inclinaison de la pale 4 correspondante. Ce mouvement s'effectue à l'aide d'un mécanisme classique qu'il n'est pas nécessaire de décrire et qui comprend un arbre intérieur 8. Celui-ci est appelé ainsi parce qu'il s'étend en dehors de l'enveloppe 2 en passant à l'intérieur de l'arbre moteur 9 de la turbine qui porte le rotor 3-à l'intérieur de l'enveloppe 2. Cet arbre moteur 9 est creux pour contenir l'arbre intérieur 8. A sa sortie de l'enveloppe 2 il est supporte par un palier 10 fixé à la face extérieure de cette enveloppe. Aurdelà du paiier 10, l'arbre moteur creux 9 est équipé d'une roue dentée 11 calée en rotation et en translation; il se prolonge encore au-delà de cette roue dentée 11 jusqu'à une extrémité où il est pourvu d'un écrou 12 vissé dans sa partie extrême filetée. En outre, après la roue dentée 11, deux ouvertures 13 diamétralement opposées sont pratiquées dans la paroi de l'arbre creux 9. A la face latérale de la roue dentée 11 qui est opposée à la turbine 1 est fixée une embase 14 qui supporte deux chapes 15 diamétralement opposées et disposées en sens radial pour contenir chacune entre leurs branches un axe 16 placé perpendiculairement à l'arbre creux 9. Sur chacun de ces axes 16 est montée pivotante par son sommet une équerre 17 à deux branches 18,19 à 900. A l'arrêt de la turbine, les deux branches 19 sont disposées en sens longitudinal, c'est-à-dire parallèlement à l'arbre creux 9. Elles~sont munies à leur extrémité d'une masselotte 20. Les branches 18 s'étendent radialement, en prolongement l'une de l'autre, en direction de l'arbre creux 9 et en face respectivement d'une ouverture 13. Chaque branche 18 est interrompue avant d'atteindre l'arbre 9, et elle est percée à proximité de son extrémité d'un trou trans versal taraudé 21. L'arbre intérieur 8 est interrompu juste avant de se trouver au droit des branches 18 et une barrette transversale 22 s'détend diamétralement en travers de l'arbre intérieur 8 ; cette barrette 22 est percée de deux trous allongés 23 (figure 2) dans chacune desquels passe une vis 24 qui est vissée dans le trou taraudé 21 de chaque branche 18. Dans la partie extrême de l'arbre intérieur 8 est introduite et fixée une douille 25 filetée intérieurement. Un trou central (non visible sur les figures) est percé dans la barrette 22 pour permettre le passage d'une vis 26 qui se visse dans la douille 25. De cette- façon, il existe une liaison directe entre les deux branches 18 et l'arbre intérieur 8. En outre, autour de la tête de la vis 26, est placée un anneau 27 qui s'appuie contre la face latérale des branches 18 opposée à la roue dentée 11.Entre cet anneau 27 et l'écrou 12 sont comprimées des rondelles élastiques 28. Celles-ci repoussent les branches 18 à leur position de repos décrite plus haut. A cette position des branches 18 correspondent une position de l'arbre intérieur 8 et une position du mécanisme de manoeuvre des pales 4 telles que ces dernières occupent leur position de pas maximum. Le régulateur à boules qui vient d'être décrit fonctionne de la façon suivante. A mesure que la vitesse de rotation de la turbine, et, par conséquent, de l'arbre moteur 9 augmente, les masselottes 20.s'écartent, les branches 18 pivotent autour des axes 16 en repoussant l'anneau 27 et en comprimant les rondelles élastiques 28. Les vis 24 coulissent dans les trous allongés 23 pendant que la barrette 22 est entraînée avec les branches 18. La vis 26 est entraînée à son tour par cette barrette et l'arbre intérieur 9 l'est également, dans le sens de la réduction du pas des pales 4. On remarque que l'ensemble du régulateur à boules est très facilement démontable par simple dévissage des vis 12 et 26. REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation de vitesse pour turbine hydraulique KAPLAN à rotor (3) porté par un arbre creux (9), ayant des pales orientables (4) au moyen d'un mécanisme (6,7) manoeuvré par un arbre (8) intérieur à l'arbre creux (9) caractérisé en ce qu'il est constitué par un régulateur à boules sensible à la vitesse de rotation de l'arbre- creux (9) et commandant directement l'arbre intérieur (8). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le régulateur à boules comprend au moins deux branches (18) dont les extrémités sont déplaçables dans le sens longitudinal de l'arbre intérieur (8) souks l'effet de la force centrifuge, ces extrémités étant reliées à l'extrémité libre de cet arbre (8) à travers-des ouvertures (13) ménagées dans l'arbre creux (9). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'arbre creux (9) est prolongé au-delà des branches déplaçables (18) et associé à des rondelles élastiques (28) comprimées par un écrou (12) contre lesdites branches (18). 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les branches (18) font partie chacune d'une équerre (17) montée pivotante à son sommet autour d'axes respectifs (16) supportés par une embase (14) réunie à l'arbre moteur creux (9). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les équerres (17) ont chacune une seconde branche (19) à 900 s'étendant, à l'arrêt de la turbine, parallèlement à l'arbre creux (9) et munie d'une masselotte (20). 6. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les branches (18) sont reliées par une barrette (22) articulée avec les extrémités de ces branches (18) et fixée à l'extrémité de l'arbre intérieur (8). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la vis (26) passe à travers un trou de la barrette (22) et se visse dans une douille (25) filetée intérieurement et fixée dans la partie extrême de l'arbre intérieur (8). 8. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'embase (14) est fixée à une face latérale d'une roue dentée (11) calée sur l'arbre moteur creux (9).