Brevet FR2550826A1 — publié le 19850222

Groupe hydroélectrique axial de basse chute La présente invention se rapporte à un groupe hydroélectrique axial de basse chute, du type dit "en S aval". Les groupes axiaux dits en S aval connus actuellement sont tels que schématisés sur la figure 1 annexée. Ce sont des groupes hydroélectriques pouvant fonctionner en turbine 1 entrainant une génératrice ou en pompe entrainée par un moteur, et qui comportent de l'amont vers l'aval - une amenée d'eau 3, en provenance de la chute dont la hauteur est généralement inférieure à 10 mètres, - un avant-distributeur 4, quelquefois suivi d'un distributeur à directrices généralement mobiles, - une roue 5 à pales fixes ou mobiles selon le cas, - un aspirateur de sortie 6 constitué d'un conduit globalement divergent en S vers le bas comme représenté, conçu pour être traversé par l'arbre 7 de la turbine relié par un accouplement 8 à l'arbre 9 entrainant l'alternateur 2, ce dernier étant situé, à la différence des groupes "bulbes", hors de l'écoulement.Un multiplicateur de vitesse 10 peut se trouver entre l'arbre 9 et l'alternateur ; il permet, dans le cas de très basses chutes, d'avoir un alternateur à vitesse de rotation plus élevée, donc plus économique puisque comportant moins de paires de pôles. Les inconvénients de ces groupes hydroélectriques connus sont les suivants - L'arbre de la turbine est-supporté par des paliers dont l'un 11 est situé au niveau de l'avant-distributeur 4, et l'autre 12 au-delà du point de traversée de l'aspirateur. La distance entre ces deux paliers est donc relativement grande, ce qui oblige le constructeur à concevoir un arbre 7 d'assez grand diamètre pour avoir une rigidité suffisante permettant de limiter la déformation en flexion dudit arbre et d'augmenter la vitesse critique. - L'arbre 7, du fait qu'il traverse l'aspirateur 69 vient y introduire des perturbations peu souhaitables dans l'écoulement. - Ce meme arbre est soumis, par l'écoulement qui l'entoure, à des vibrations et des sollicitations mécaniques non négligeables, qui sont dangereuses car ses fréquences propres en flexion et en torsion sont relativement basses en raison de la grande longueur d'arbre libre, de sorte que ce dernier peut entrer en résonance. - Enfin, la forme de l'aspirateur 6 n'est absolument pas adaptée à un fonctionnement de celui-ci en diffuseur d'entrée de pompe, de sorte qu'un fonc tionnement réversible en turbine ou en pompe, applicable par exemple aux usines marémotrices, ne peut être envisagé avec de tels groupes. Le groupe hydroélectrique axial de basse chute de l'invention ne présente pas les inconvénients énumérés ci-dessus. I1 est caractérisé en ce qu'il est muni d'un aspirateur-diffuseur dont la partie centrale, entourant l'axe de la turbo-machine et traversée par l'arbre la reliant à la machine électrique, a une forme d'hydrocône de Moody, et dont la partie externe a une forme évoluant progressivement de l'amont vers l'aval depuis une forme générale de volute jusqu'à une forme générale d'aspirateur en S aval. L'aspirateur-diffuseur est appelé aspirateur lorsque le groupe fonctionne en turbine et diffuseur lorsqu'il fonctionne en pompe. La forme dthydrocône de Moody est une forme très connue dans le domaine des aspirateurs et diffuseurs pour turbomachines hydroélectriques, dans laquelle la torche centrale d'aspiration normalement créée par le vortex liquide dû à l'écoulement circonférentiel est remplie par un cône solide. On se reportera par exemple à l'ouvrage de Monsieur André TENOT, "Turbines hydrauliques et régulateurs automatiques de vitesse", Librairie de l'Enseignement Technique, Paris, 1930, pages 297 et 298, figures 252 et 253. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une représentation schématique d'un groupe hydroélectrique de basse chute en S aval de l'art antérieur - la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale du groupe hydroélectrique de basse chute de l'invention, - la figure 3 est une vue en perspective permettant de mieux se rendre compte de la forme de 1'aspirateur-diffuseur équipant le groupe hydroélectrique de la figure 2. En se reportant à l'ensemble des figures 2 et 3, la turbine axiale de basse chute représentée a sa partie amont identique à celles des turbines de l'art antérieur, telles que celle de la figure 1, et l'on y retrouve en particulier l'amenée d'eau 3, l'avant-distributeur 4 et la roue 5. La turbine représentée peut être éventuellement équipée d'ailettes 13, bien connues dans ce domaine technique, et dont le but est de redresser l'écoulement à la sortie de la roue 5 par diminution importante de la composante circonférentielle de la vitesse de cet écoulement. Par contre, comme on le voit sur les dessins, la partie aval de la turbine est sensiblement différente de celle de l'art antérieur. La turbine de l'invention est en effet équipée d'un aspirateur de sortie 14 dont la partie centrale 15, entourant l'axe 16 de la turbine et traversée par l'arbre la reliant à l'alternateur, a une forme d'hydrocone de Moody, et dont la partie restante a une forme (figure 3) évoluant progressivement de l'amont vers l'aval depuis une forme générale 17 de volute, jusqu'à une forme générale 18 d'aspirateur en S aval. Le palier aval 19 qui soutient l'arbre 7 peut alors être monté sur l'aspirateur 14, comme on le voit sur la figure 2, de manière à être très proche de la roue 5, de sorte que la longueur d'arbre 7 entre paliers se trouve considérablement réduite par rapport aux dispositifs de l'art antérieur (figure 1). L'arbre 7 a sa partie amont entourée par le cône 15, un joint tournant classique 20 assurant l'étanchéité. L'arbre 7 est donc mis à l'abri de ltécoulement, ce qui n'était pas le cas auparavant. I1 est par ailleurs maintenu très rigidement, ce qui permet fina-lemont d'en diminuer le diamètre, et d'éliminer les fréquences basses susceptibles d'entrainer une excitation en résonance des é18ments du groupe. D'autre part, la présence du conte permet une optinisation de l'é- volution de la section de passage de l'écoulement, donc de la vitesse. Par suite, l'énergie axiale est récupérée sur une courte distance, ce qui conduit à utiliser un aspirateur 14 plus court que les aspirateurs 6 (figure 1) de l'art antérieur. Enfin, l'aspirateur 14 utilisé se trouve avoir une forme convenant pour son utilisation en diffuseur d'entrée de pompe, de sorte que la turbine de l'invention peut aussi, telle qu'elle, être utilisée en pompe, l'eau entrant alors en 18 et sortant en 3, et l'alternateur fonctionnant en moteur. La turbomachine de l'invention a donc l'avantage d'être réversible, et peut donc par exemple être utilisée dans les usines marémotrices. REVENDICATION Groupe hydroélectrique axial de basse chute, du type dit "en S aval", caractérisé en ce qu'il est muni d'un aspirateur-diffuseur (14) dont la partie centrale (15)- entourant l'axe (16) de la turbomachine et traversée par l'arbre (7) la reliant à la machine électrique, a une forme d"'hydrocône de Moody", et dont la partie externe a une forme évoluant progressivement de l'amont vers l'aval depuis une forme générale de- volute (17) jusqu'd une forme générale d'aspirateur en S aval (18).