Brevet FR2669968A1 — publié le 19920605

L'invention concerne les centrales hydroélectriques et, plus particulièrement, la rotation des turbines hydrauliques équipant de telles centrales. On sait que, dans le cas de centrales hydroélectriques dans lesquelles l'écoulement amont est séparé de l'écoulement aval par un siphon dans lequel se trouve disposée la turbine hydraulique à entralner (turbine KAPLAN), cette dernière a tendance à s'emballer lors de la mise en marche ou de l'arrêt du groupe, ce qui pose des problèmes difficiles à résoudre. En effet lors de l'amorçage du siphon pour la mise en marche du groupe, la génératrice étant découplée du réseau, la turbine sur laquelle ne s'exerce pas de couple résistant se trouve entraînée en rotation à une vitesse bien supérieure à la vitesse de synchronisme permettant le couplage au réseau. De même, lorsque la génératrice est découplée du réseau en vue de l'arrêt de la centrale hydroélectrique, l'absence de couple résistant entralne alors un emballement de la turbine susceptible de provoquer sa détérioration. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients et elle propose à cet effet un procédé, et un dispositif pour la mise-en-oeuvre de ce procédé, permettant de réguler la vitesse de rotation d'une turbine hydraulique de centrale hydroélectrique, en particulier au moment du démarrage et de l'arrêt de celle-ci, de façon à pouvoir réaliser sans difficulté le couplage de la génératrice au réseau lors du démarrage, et à limiter l'emballement de la turbine lors du découplage. Selon l'invention, le procédé de régulation consiste à injecter un débit de gaz réglable dans le conduit hydraulique à l'intérieur duquel est logée la turbine, de façon que celle-ci soit soumise à un écoulement diphasique gaz/eau ayant pour effet de ralentir sa vitesse de rotation, l'obtention de la vitesse de rotation désirée de la turbine hydraulique étant permise en règlant la quantité de gaz injecté. En particulier, le gaz injecté à l'intérieur du conduit hydraulique peut être de l'air. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon 1 'invention comprend une vanne qui relie une source d'air sous pression ou simplement l'air atmosphérique à l'intérieur du conduit hydraulique de la turbine, et qui est pilotée par un actionneur. Avantageusement, cette vanne est reliée à la canalisation, débouchant à l'intérieur du conduit hydraulique, qui sert à l'amorçage du siphon en étant connectée à une pompe à vide. Pour bien faire comprendre l'invention on en décrira ci-après, à titre d'exemple sans caractère limitatif, une forme de réalisation préférée en référence au dessin schématique annexé dans lequel: la figure 1 est une vue en coupe verticale longitudinale d'une centrale hydroélectrique équipée d'un dispositif de régulation de vitesse de la turbine selon l'invention ;et la figure 2 est un schéma du dispositif pneumatique de commande. En référence au dessin, on a représenté en 1 une centrale hydroélectrique, avec une entrée 2 pour l'écoulement amont et une sortie 3 de l'écoulement aval. Un conduit hydraulique 4 en forme de siphon relie les parties amont 2 et aval 3. Une turbine hydraulique 5 est disposée à la partie supérieure du conduit 4, et son arbre 6 est destiné à être accouplé à un générateur électrique 7. On a schématisé en 8 à la figure 1 un dispositif d'amorçage du siphon 4 qui débouche, par une tubulure 9, dans la chambre 10 qui coiffe l'entrée du conduit 4. Le dispositif 8 comprend une pompe à vide 11, équipée d'un clapet de non retour 11', qui est conçue pour créer à l'intérieur de la chambre 10 une dépression assurant l'amorçage du siphon 4. Une vanne 12, reliée par un conduit 13 à la tubulure 9, en aval de la pompe 11, est destinée à réaliser la mise à l'atmosphère de la chambre 10 pour assurer le désamorçage du siphon 4. En 14 on a représenté une vanne, pilotée par un actionneur 15, qui permet de relier l'intérieur de la chambre 10 soit à un réservoir d'air sous pression 16, soit directement sur l'atmosphère. Dans ce dernier cas on comprend que c'est la dépression créée dans la chambre 10 par le débit d'eau qui aspire l'air -dans cette chambre. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention se comprend immédiatement d'après la description qui précède. La turbine 5 étant à l'arrêt, avec son arbre 6 accouplé à la génératrice électrique 7 laquelle est découplée du réseau, on amorce l'écoulement d'eau dans le conduit hydraulique 4 en actionnant la pompe à vide 11. L'écoulement d'eau dans le conduit 4, provoqué par l'aspiration ainsi créée, assure la rotation de la turbine 5 qui, n'étant pas soumise à un couple résistant puisque la génératrice est découplée du réseau, a donc tendance à s'emballer en dépassant la vitesse de synchronisme à laquelle peut être réalisé le couplage. Pour éviter cela, la vanne 14 est commandée pour injecter de l'air dans la chambre 10 et réaliser, dans le conduit 4, un écoulement diphasique air/eau qui freine la rotation de la turbine 5.Le pilotage de la vanne 14 est conçu pour que la proportion d'air dans cet écoulement diphasique soit tel que la vitesse de rotation de la turbine soit ramenée et maintenue à une valeur voisine de ladite vitesse de synchronisation de façon que le couplage du générateur 7 au réseau puisse être réalisé facilement et sans risque de détérioration. De façon analogue lorsqu'on découple le générateur 7 du réseau, en vue de 1 'arrêt de celle-ci, on commande par la vanne 12 l'injection d'air dans la chambre 10 pour freiner la turbine 5 et éviter son emballement. On comprendra que la description ci-dessus a été donnée à simple titre d'exemple, sans caractère limitatif, et que des adjonctions ou des modifications constructives pourraient y être apportées sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, le dispositif selon l'invention pourrait être installé pour réguler la vitesse d'autres types de turbines hydraudiques (par exemple des turbines FRANCIS) ou d'autres types d' installations. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation de la vitesse 5 de rotation d'une turbine de centrale hydroélectrique, en particulier pour éviter son emballement lors de la mise en marche ou de l'arrêt de la centrale, caractérisé en ce qu'il consiste à créer, par injection de gaz, un écoulement diphasique gaz/eau dans le conduit hydraulique (4) où tourne la turbine (5) afin de freiner de façon contrôlée la rotation de ladite turbine (5). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz injecté dans le conduit hydraulique est constitué par de l'air. 3. Dispositif pour la mise-en-oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une vanne pilotée (14) reliant, par un conduit (9,13), une source de gaz (16) à une chambre (10) d'arrivée d'eau au conduit hydraulique (4) où est logée la turbine hydraulique (5), de façon qu'un écoulement diphasique gaz/eau soit appliqué à la turbine (5). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite source de gaz est constituée par un réservoir (16) d'air sous pression. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite source de gaz contient de l'air à la pression atmosphérique. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que l'injection d'air à l'intérieur de la chambre (10) d'arrivée d'eau au moyen de ladite vanne (14) s'effectue par le même conduit (9) que celui assurant la mise en dépression de ladite chambre (10) pour amorcer l'écoulement d'eau dans le conduit hydraulique (4).