Brevet FR2595769A1 — publié le 19870918

Les bâches spirales et les aspirateurs des turbines hydrauliques, turbines, pompes ou pompes mono ou multi-étages sont soumis à une poussée axiale due à l'action de la pression sur la section d'entrée des conduits dans lesdites baches. Ces poussées axiales sont connues dans la pratique 5 sous le nom de "effet de fond". Des efforts d'origine thermique peuvent partiellement apparaître du fait de la variation de la température d'eau; ces efforts entraînent des allongements ou des rétractions de la conduite provoquant une force supplémentaire sur les bhches. Celles-ci peuvent solliciter fortement leurs scellements, ce qui peut conduire à des déplacements 10 de l'axe des bâches incompatibles avec le bon fonctionnement des groupes hydro-électriques. Pour résoudre ce problème, divers moyens sont actuellement utilisés: 1 les dispositifs de butoir placés dans l'axe de la conduite et qui forment entretoise entre la bache et un appui. Ces systèmes autorisent 15 un déplacement de la bache proportionnel à la rigidité de l'appui. 2 les joints coulissants permettant d'éviter de transmettre à la machine les efforts d'origine thermique. Avec de tels systèmes, l'effet de fond qui est égal à la poussée hydrostatique provoque un moment de basculement de la bhche sur ses ancrages. 3 les manchons d'expansion placés sur la conduite et qui permettent, grace à des compensations d'efforts par application de la pression de l'eau de la bache sur une surface de dimensions appropriées, de s'opposer de manière efficace à l'effet de fond. Ils possèdent en outre un joint coulissant qui permet d'absorber les efforts d'origine thermique. 25 A première vue, les manchons d'expansion sont donc susceptibles de résoudre de manière satisfaisante le problème des effets de fond. Toutefois, ils présentent plusieurs inconvénients. a- L'eau servant à la contre-pression dans le manchon d'expansion est directement celle de la conduite, ce qui peut conduire à un encrassement 30 au niveau des piquages entre la conduite et les joints d'étanchéité. b- Le démontage ne peut pas se faire sans vider la conduite d'amenée de l'eau puisqu'aucun organe de garde n'est disposé à l'amont des joints d'étanchéité. c- L'encombrement des manchons d'expansion est important 35 puisque en tenant compte de l'épaisseur de la conduite, pour annuler l'effet de fond proportionnel à la surface de la conduite, il faut appliquer la même pression de la bâche sur une surface annulaire équivalente. C'est ainsi que si r est le rayon de la conduite et R le rayon du manchon d'expansion, la surface de ce dernier soit It(R - r) doit être égale à la surface de la conduite, soit fTr ce qui conduit aux égalités ci-dessous 2 2 2 flR - Trr = Trr 2 2 R = 2r R - r\- OU soit Ceci démontre que le rayon extérieur du manchon d'expansion est 1, 414 fois plus grand que celui de la conduite. Il faut encore ajouter à celà l'épaisseur de la bâche et du bâti qui ne sont pas négligeables pour 10 les fortes pressions. 4 Trois étanchéités sont nécessaires comme cela est bien connu dans la pratique et en particulier par le bulletin ESCHER WYSS, tome 38 N 1 de 1965. Les perfectionnements qui font l'"objet de la présente invention visent à remédier aux inconvénients des solutions actuellement connues et à permettre la réalisation d'un butoir qui réponde mieux que jusqu'à présent aux divers desiderata de la pratique. A cet effet, le dispositif suivant l'invention s'insère dans un dispositif de butoir fixe du genre décrit ci-dessus paragraphe 1, de manière à équilibrer la poussée axiale par contre-pression de l'eau de la bâche amenée au moyen d'une canalisation provenant de celle-ci et qui est munie d'une vanne d'arrêt et d'un filtre. Suivant l'invention, le dispositif de butoir du genre dont la bâche comprend une extension située dans l'axe de la conduite et ancrée dans un 25 appui, est caractérisé en ce que l'extension de la bâche constitue l'un des deux éléments d'un vérin hydraulique dont l'autre est solidaire de l'appui, le fluide amené dans l'espace formé entre les deux éléments provenant de l'intérieur de la bâche. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux 30 comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer: Fig. 1 illustre la bâche en spirale d'une machine hydraulique, cette bâche étant pourvue d'un dispositif de butoir usuel situé dans l'axe géométrique de la conduite. Fig. 2 est une vue à plus grande échelle d'un dispositif de butoir suivant l'invention. Fig. 3 montre une variante d'exécution du dispositif de butoir de fig. 2. On a illustré en fig. 1 la bâche spirale 1 d'une machine hydraulique telle qu'une turbine, et qui est reliée à une conduite 2 amenant de l'eau sous pression dans cette bâche 1. Cette dernière est pourvue de pieds la qui reposent sur un massif 3. La pression hydrostatique appliquée sur le fond de la bâche suivant la flèche F ainsi que la dilatation éventuelle de la conduite 2, absorbée Éventuellement par un joint souple, créent des efforts qui agissent sur les ancrages des pieds la en provoquant éventuellement une déformation de la bâche 1. Comme illustré en fig. 1, pour remédier aux efforts précités, on a prévu un dispositif de butoir 4. Ce dispositif comporte une extension 5 de 10 la bache disposée dans l'axe de la conduite 2 et en direction opposée de celle-ci de manière qu'elle vienne en appui sur une embase 6 ancrée par rapport à un appui 7. Conformément à l'invention et comme on l'a illustré en fig. 2, l'extension 5 comporte à son extrémité un piston 8 qui pénètre dans un cylindre 9 associé à l'embase 6. Bien entendu, un joint 10 assure l'étanch9ita entre le piston 8 et le cylindre 9. L'espace 11, formé entre les deux éléments 8 et 9 qui forment un vérin hydraulique, est alimenté en eau en provenance de l'Intérieur de la bâche 1 par une canalisation 12. Celle-ci est piquée en 13 sur la bâche et aboutit en 14 sur le piston 8. A partir 20 de ce dernier point, le piston 8 est creusé d'un canal 8a mettant en communication l'extrémité correspondante de la canalisation 12 et l'espace 11. On observe qu'un filtre 15 est inséré dans la canalisation 12 et qu'une vanne 16 est placée de chaque c8té de ce filtre. Ainsi, lorsque les deux vannes sont ouvertes, la pression régnant dans la bache 1 est transmise 25 à l'espace 11 pour que le vérin constitué par le piston 8 et le cylindre 9 contrecarre les efforts antagonistes dont on a parlé plus haut. Bien entendu, la section du piston 8 est choisie de manière à équilibrer les forces. De cette façon, m8me si l'appui 7 n'est pas rigide de manière absolue, les déformations sont compensées par le vérin 8-9. Grace au filtre 15, on évite tout encrassement de l'espace 11, de telle manière que le joint 10 qui est unique a une longévité très élevée. On peut assurer le démontage du filtre 15 en vue de son nettoyage sans avoir à vidanger la conduite 2 du fait que pour effectuer cette opération, il suffit de fermer la vanne 16 située entre la bache et le filtre. 35 En ce qui concerne la fig. 3, l'extension 5, qui est d'ailleurs avantageusement prévue tubulaire dans tous les cas, communique avec l'intérieur de la bache 1 par l'intermédiaire d'une ouverture 17 ménagée dans cette dernière et avec l'espace 11 par une perforation 18 traversant l'épaisseur du fond du cylindre 9. Il est évident que dans ce mode d'exécution, on retrouve l'inconvénient d'autres systèmes d'équilibrage en ce qui concerne l'encrassement éventuel du joint assurant l'étanchéité entre le piston 8 et le cylindre 9, encore qu'on puisse insérer un filtre et un pointeau d'isolement 19 dans la perforation 18. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. On pourrait, en vue de réduire la section du vérin principal 8-9, insérer entre le filtre 15 et la vanne d'arrêt 16 un vérin différentiel -non représenté. En variante, ce v&érin différentiel pourrait être remplacé par un vérin à membrane agissant sur un volume de liquide lubrifiant, non agressif, renfermé dans l'espace 11 et la partie de la canalisation 12 15 correspondante. RE VE N D I C A T I 0 N S 1. Dispositif de butoir (4) pour les bâches en spirale (1) et les aspirateurs des turbines hydrauliques et machines analogues, du genre dont 5 la bâche (1) ou l'aspirateur comporte une extension (5) située dans l'axe de la conduite amont (2) mais en direction opposée de manière qu'elle vienne s'ancrer dans un appui (7), caractérisé en ce que l'extension (5) constitue l'un (8, 9) des deux éléments d'un vérin hydraulique dont l'autre (9, 8) est solidaire de l'appui (7) le fluide amené dans l'espace 10 (11) formé entre les deux éléments (8, 9) provenant-de l'intérieur de la bâche (1) ou de l'aspirateur. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'extension (5) est constituée par une tubulure dont l'intérieur est d'une part en relation avec celui de la bâche (1) par au moins une ouverture (17) ménagée dans celle-ci, et d'autre part avec l'espace (11) formé entre les deux éléments (8, 9) du vérin, par une perforation (18) qui traverse l'élément (8, 9) fixé à ladite extension tubulaire (5). 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la perforation (18) est équipée d'un pointeau d'isolement (19) et d'un 20. filtre. 4. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'intérieur de la bâche (1) et l'espace (11) situé entre les deux éléments (8, 9) du vérin hydraulique sont reliés par une canalisation (12) munie d'au moins une vanne d'arrêt (16) et d'un filtre (15). 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la vanne (16) est placée entre la bâche (1) et le filtre (15). 6. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'une deuxième vanne (16) est placée entre le filtre (15) et le vérin hydraulique (8-9). 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piston (8) du vérin hydraulique est fixé au bout de l'extension (5) de la bâche (1) tandis que son cylindre (9) est assujetti à l'appui (7). 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, 35 caractérisé en ce que le cylindre (9) du vérin hydraulique est fixe en bout de l'extension (5) de la bâche (1), son piston (8) étant assujetti à l'appui (7). 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on intercale entre le filtre (15)-et la vanne (16) un vérin différentiel permettant de réduire la section ô vérin principal ou un vérin à membrane permettant d'utiliser pour le v9rin principal un liquide lubrifiant et non agressif.