Brevet FR2525285A1 — publié le 19831021

La présente invention se rapporte à un rotor à pales orientables pour une turbine, notamment une turbine hydraulique KAPLAN. Certains type de turbines KAPLAN comportent un rotor à pales orientables. Chacune de ces pales peut tourner pendant la marche autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor. On connait differents systèmes pour commander l'orientatiotl des pales. Ils comprennent un vérin qui oriente les pales par l'intermédiaire d'un mécanisme de transformation de mouvement. Chacun de ces systèmes de commande nécessite une source de puissance permettant d'orienter les pales meme en cas de manque d'énergie. La puissance du vérin doit être d'autant plus importante que les dimensions des pales sont elles-memes importantes. La présente invention a pour objet un rotor de turbine à pales orientables dans lequel on utilise l'énergie récupérée cinétique ou potentielle sur les pales pour contrôler 11 orientation. Cette conception permet de contraler l'orientation des pales et d'éviter l'emploi d'une source auxiliaire de puissance pour le vérin et de provoquer sans puissance l'ouver- ture ou la fermeture des paies. La turbine selon l'invention comporte un carter dans lequel tourne un rotor à pales orientables comportant un moyeu par rapport auquel chaque pale tourne dans un palier et est accouplée par un mécanisme de transformation de mouvement à la tige d'un vérin et elle est caractérisée par le fait que le vérin est constitué par un système vis-écrou dont la vis prolongeant la tige et actionnant ledit mécanisme est immobilisée en rotation et libre en translation par rapport au moyeu et dont l'écrou est immobilisé en translation et libre en rotation par rapport au moyeu, cet écrou étant lié en rotation à un élément d'un train planétaire dont un autre élément est lié en rotation avec le moyeu et dont le troisième élément est associé d'une part à un organe d'embrayage permettant d'accoupler et de désaccoupler deux planéta éléments du P er,autre part un organe de freinage permettant de le freiner en rotation par rapport au carter, un organe de freinage permettant de freiner la rotation de l'écrou par rapport au carter. Selon une caractéristique de l'invention la turbine comporte un organe de freinage capable d'immobiliser par rapport au carter une partie mobile liée à l'écrou de fanon à provoquer la fermeture des pales jusqu'à une position maintenant un couple résiduel de même sens que le couple de fonctionnement de la turbine. Selon une autre caractéristique l'organe de freinage est du type électrique fonctionnant par manque de coursant. Selon nne autre caractéristique, le train planétaire est coaxial à l'axe de rotation du rotor. Selon une autre caractéristique, le train planétaire est centré sur un axe décalé de l'axe de rotation du rotor. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à des modes de réalisation dolés à titre d'exemples et représentés par les dessins annexés. La figure 1 représente une demi-coupe longitudinale selon l'axe de rotation du rotor d'un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 2 représente une demi coupe longitudinale selon l'axe de rotation du rotor d'un second mode de réalisation de l'invention. En se référant aux figures, la turbine comporte un rotor 1 dont le moyeul2 pourvu de pales orientables 2 et qui tourne autour d'un axe de rotation 11 par i'intermédiaire de paliers 41, 42 dans un carter 3 fixé aux fondations. Chaque pale 2 tourne par un tourillon dans un palier 13 autour d'un axe 21 qui est perpendiculaire à l'axe de rotation il. Le moyeu forme un logement à l'intérieur duquel sont disposées des manivelles 22 qui sont calées sur les tourillons des pales de manière a leur transmettre un mouvement de rotation. Chaque manivelle est accouplée par une articulation 23 décalée de l'axe 21 à une biellette de manoeuvre 24 qui est reliée par une articulation à un plateau 53 qui peut etre déplacé axialement par un vérin. Ce plateau est solidaire de la tige 51 du vérin qui peut coulisser axialement à l'intérieur du moyeu 12. La tige 51 est pourvue d'nne partie filetée 511 formant vis et elle est immobilisée en rotation et libre en translation, par rapport au moyeu i au moyen de la clavette coulissante 54 ou d'un moyen équivalent. La partie filetée de cette tige 51 se visse dans un écrou 52 qui est immobilisé en translation, selon l'axe 11 et libre en rotation par rapport au moyeu 12. Ceci est obtenu par une butée 55. Ce système vis-écrou produit une décomposition du mouvement hélicoldal de manière que lorsque l'écrou tourne-sans avancer- la tige 51 soit animée d'un mouvement de translation selonl'axe 11. Le mouvement de rotation relatif de l'écrou 52 et du moyeu 12 est contrôlé par un train planétaire 6 à trois éléments comportant des roues solaires 62 et 64 coaxiales qui engrènent avec au moins un pignon satellite 63 porté par un porte-satellite 61. Le porte-satellite 61 est lié en rota tipn au moyeu 12. La roue solaire 62 est liée en rotation à l'écrou 52. La roue solaire 64 qui engrène avec les satellites est coaxiale à la roue solaire 62. Le train planétaire est associé à un embrayagepe8rmettant de solidariser le solaire 64 par rapport au porte-satellite 61 ou les deux solaires l'un par rapport à l'autre de façon à annuler l'effet dudit train planétaire. Ainsi dans le mode de réalisation de la figure 1 la roue solaire 62 et la roue solaire 64 peuvent être accouplées ou désaccouplées par l'organe d'embrayage 8. Cet organe d'embrayage est constitué par un disque 81 solidaire en rotation de la roue sobre 64. Lorsque le disque 81 vient en contact avec le plateau 82, solidaire de la roue solaire 62, la roue solaire 62 et la roue solaire 64sont solidaires en rotation. Dans le mode de réalisation de la figure 2, organe d'embrayage 8 permet d'accoupler ou de désaccoupler le solaire 64 du porte-satellite 61. Selon ces deux modes de réalisation le train planétaire tourne en bloc > l'écrou et le moyeu 12 tournant à la même vitesse autour de l'axe 11. il n'y a aucun mouvement relatif et le vérin est bloqué à une position fixe. La roue solaire 64 peut être freinée en rotation par un organe de freinage 7. A cet effet, ce solaire 64 est relié au plateau 71 qui peut être immobilisé par la mâchoire 72 de l'organe de freinage 7. Cet organe de freinage 7 permet de ralentir ou dtimmobiliser la la roue solaire 64 du train planétaire 6. La roue solaire 62 reliée en rotation à l'écrou 52 peut être freinée en rotation par un organe de freinage 9. A cet effet le disque 91 peut être immobilisé par le patin 92. Dans le mode de réalisation de la figure 1 le disque 91 est mobile axialement par rapport à l'écrou 52 de manière à venir en contact avec le patin 92. Dans le mode de réalisation de la figure 2 organe de freinage 9 est un frein à disque. Lorsque le frein 9 est mis en oeuvre lté- crou 52 tend à s'immobiliser en rotation et il apparait un mouvement relatif de la tige 51 par rapport à l'écrou 52 ce qui provoque l'orientation des pales vers l'ouverture. La mise en oeuvre de l'organe de freinage 9 provoque une rotation de sens opposé à la rotation provoquée par la mise en oeuvre de l'organe de freinage 8. Il est ainsi possible de contrôler l'orientation des pales. La commande de l'embrayage 8 et des organes de freinage 7 et 9 peut être manuelle ou.asservie a une source de faible puissance (batterie). aussl L'embrayage 8 peut/être règlé sur un couple prédéterminé ce qui évite d'avoir à le commander. L'écrou est assujetti à un frein d'immobilisation 10 commandé manuellement ou fonctionnant par manque de courant. Il comporte une partie mobile 101 liée en rotation à 11 écrou 52 qui vient en contact avec une partie fixe 102 de manière à provoquer la fermeture automatique des pales de la turbine lorsqu'il y a manque de courant sur la ligne ce qui oblige à arrêter l'exploitation. L'immobilisation de l'écrou alors que la vis continue à tourner provoque le déplacement du plateau 53 de maniere à provoquer la fermeture des pales. Les pales de la turbine en position de fermeture étant volontairement calées avec une incidence provoquant un couple résiduel de même sens que le couple de fonctionnement, il est alors possible après rétablissement du courant sur la ligne, de commander l'ouverture du frein 10 et ainsi de permettre la remise en exploitation de la turbine. Dans le mode de réalisation de la figure 1, les roues solaires 62 et 64 sont coaxiales à l'axe de rotation i1. La roue solaire 62 est solidaire en rotation de l'écrou le porte-satellite étant directement solidaire du moyeu 12. Dans le mode de réalisation de la figure 2, le moyeu 12 est lié en rotation par l'engrenage 68, 69 au porteisatellite 61 du train planétaire 6 qui tourillonne autour d'un axe 60. La roue solaire 62 est liée en rotation par l'engrenage 66-67 à l'écrou 52. Elle est par ailleurs reliée au disque de frein 91 du frein 9 qui peut être ralenti ou immobilisé par la machoire 92 mise en action par l'opérateur manueilement ou par une commande électrique ou autre. La roue solaire ÓZF est liée en rotation au disque 71 du frein 7 dont la mâchoire 72 est solidaire du carter fixe 3. La roue solaire 64 est d'autre part liée en rotation au porte-satellite 61 par un embrayage 8 à couple limité permanent ou commandé à l'ouverture simultanément à la fermeture du frein 7 ou 9. Le frein d'immobilisation 10 au lieu d'être placé sur l'arbre 11 comme sur la figure 1 est placé sur l'arbre 50. La conception selon la figure 2 est avantageuse du point de vue de la fabrication du fait que les dimensions du train planétaire, des embrayages et des freins peuvent être réduites. Il est bien entendu que lton peut sans sortir du cadre de l'invention imaginer des variantes et perèctionnements de détails et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1.- Turbine comportant un carter (3) dans lequel tourne un rotor (1) à pales (2) orientables comportant un moyeu (12) par rapport auquel chaque pale (2) tourne dans un palier (13) et est accouplée par un mécanisme de transformation de mouvement (53-Q2-24) à la tige d'un vérin (51-52) caractériséepar le fait que le vérin (51-52) est constitué par un système visécrou dont la vis (51) prolongeant la tige actionnant ledit mécanisme est immobilisée en rotation et libre en translation par rapport au moyeu et dont l'écrou est immobilisé en translation et libre en rotation par rapport au moyeu, cet écrou (52) étant lié en rotation à un élément (62) d'un train planétaire (6) dont un autre élément (61) est lié en rotation avec le moyeu (12) et dont le troisième élément (64) est associé d'une part à un organe d'embrayage (8) permettant dtaccoupler et de désaccoupler deux éléments du planétaire (6) et d'autre part à un organe de freinage (7) permettant de le freiner en rotation par rapport au carter (3), un organe de freinage (9) permettant de freiner la rotation de l'écrou (52) par rapport au carter (3). 2.- Turbine selon la revendication 1, caractérisée par le fait quelle comporte un organe de freinage (10) capable dtimmobiliser par rapport au carter (3) une partie mobile (101) liée à écrou (52) de façon à provoquer la fermeture des pales jusqu'à une position maintenant un couple résiduel de même sens que le couple de fonctionnement de la turbine. 3.- Turbine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'organe de freinage (10)est du type électrique fonctionnant par manque de courant. 4.- Turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément (61) est le porte-satellite. 5.- Turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le train planétaire (6) est coaxial à l'axe de rotation (11) du rotor. 6.- Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le train planétaire (6) est centré sur un axe (50) décalé de l'axede rotation (11) du rotor.