Brevet FR2683863A1 — publié le 19930521

La présente invention se rapporte à un procédé de limitation du déplacement d'un organe d'un dispositif dans une zone ou son action est nécessaire, en fonction de la position d'un second organe de réglage dudit dispositif. Elle a trait plus particulièrement, bien que non exclusivement, à la limitation de la course des déflecteurs d'une turbine du type PELTON en fonction de la position de l'injecteur de cette turbine. Le procédé suivant l'invention s'applique également aux turbines KAPLAN. il existe deux méthodes pour commander les deux organes de réglage de la vitesse d'une turbine PELTON qui sont l'injecteur placé dans le bec d'une conduite d'amenée d'eau sous pression dans les godets de la roue et les déflecteurs qui limitent l'action de ce jet. La première méthode consiste à réaliser une conjugaison entre Les positions de l'injecteur et du déflecteur. En régime permanent, le déflecteur se trouve hors du jet sortant du bec d'injection de L'eau et à une faible distance de celui-ci. Le diamètre du jet est fonction bien entendu de La position de l'injecteur dans le bec. Un dispositif pour la mise en oeuvre de cette méthode est décrit dans le document FR-A-2 494 780. La seconde méthode consiste à donner aux déflecteurs une tendance à l'ouverture. En régime permanent, le déflecteur est donc ouvert en grand. Cette conjugaison particulière est décrite dans le document FR-A-2 073 756. Dans les deux méthodes, lorsqu'on se trouve en régime transitoire, c'est-à-dire consécutif par exemple à une variation de puissance de la machine entrainée par la turbine, la conjugaison n'est plus respectée compte tenu des vitesses limites de déplacement différentes des deux organes de réglage et des paramètres de commande de ceux-ci. La fonction du déflecteur est de dévier le jet en partie ou en totalité, donc de réduire rapidement la puissance sur l'arbre de la turbine, par exemple dans le cas d'une augmentation de vitesse. Pour une position donnée de l'injecteur dans le bec, la loi entre la puissance de la turbine et la position du déflecteur présente L'allure définie par la courbe illustrée en fig. 1 dans laquelle on distingue trois zones Dans les zones 1 et 3, le déflecteur n'a aucune action sur la puissance. La zone 2 représente le domaine effectif d'action du déflecteur. En régime permanent, le déflecteur est positionné en a selon la méthode enseignée par le document FR-A-2 494 780. Si l'on utilise la seconde méthode illustrée par le document FR-A-2 073 756, le déflecteur est positionné en b en régime permanent. En utilisant les régulations actuelles, lors des régimes perturbés, les déflecteurs peuvent travailler sur toute leur course limitée par des butées mécaniques. En conséquence, les déplacements des déflecteurs dans les zones où la puissance motrice n'est pas affectée génèrent des retards préjudiciables à la qualité du réglage de la vitesse. Les perfectionnements qui font l'objet de la présente invention visent à remédier aux inconvénients des régulations actuelles et à permettre d'améliorer la qualité du réglage de la vitesse en interdisant les déplacements des déflecteurs dans les zones où la puissance motrice devient constante. A cet effet, le procédé suivant l'invention consiste - à élaborer un circuit informatique définissant deux consignes de limitation de la position du déflecteur au moyen des deux courbes représentant la limitation de L'ouverture (GL) et l'autre la limitation de la fermeture (PL) ; - à introduire dans le circuit une information (i) sur la position d'ouverture de l'injecteur afin que ce circuit émette deux ordres de limitation de la position du déflecteur en fonction de la vitesse désirée de la turbine ; - et à entrer les deux ordres émis par le circuit dans le système de régulation de la position du déflecteur. Le dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé comporte des moyens d'interdire les déplacements de l'un des organes de réglage de la vitesse de rotation d'une turbine hydraulique dans les zones où leur action n'affecte plus la puissance motrice, en fonction de la position de l'autre organe de réglage. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre L'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 illustre la loi entre la puissance de la turbine et la position des déflecteurs en utilisant les régulations connues. On a porté en ordonnée le rapport de la puissance sur la puissance nominale de la turbine et en abscisse la course du déflecteur. Fig. 2 illustre un circuit informatique permettant l'élaboration de deux consignes de limitation des positions du déflecteur. L'une des consignes représente la limitation d'ouverture et la seconde la limitation de fermeture du déflecteur en fonction d'une position déter minée de l'injecteur. Fig. 3 et 4 illustrent l'application du circuit de fig. 2 aux régulations antérieures. On a illustré en fig. 2 un circuit informatique 1 établi conformément à L'invention et contenant deux lois illustrées par les courbes GL et PL. Ce circuit reçoit une information i fonction de la position de L'injecteur de la machine hydraulique dont on veut réguler la vitesse. Grâce aux deux lois GL et PL le circuit 1 peut émettre deux signaux el et gl susceptibles d'être utilisés pour le réglage de la position du déflecteur en fonction de la demande. Les courbes GL et PL sont tracées par rapport à deux axes donnés sur lesquels on a porté en abscisse la position I de l'injection et en ordonnée la position désirée D du déflecteur en fonction de la valeur de I. La loi GL représente une consigne de limitation de L'ouverture maximale du déflecteur. La loi PL est une consigne de limitation de la fermeture de ce déflecteur. On constate qu'alors la course du déflecteur est différente pour chaque valeur de la position de l'injecteur. En régime établi, le déflecteur doit être ouvert au maximum, de telle sorte qu'en fonction de L'information reçue i de la position de l'injecteur, le circuit 1 détermine la position d'ouverture maximale DO du déflecteur sur la courbe GL en correspondance avec la position IO de l'injecteur donnée bien entendu par l'information i. En régime transitoire, si la vitesse de la turbine baisse, L'ouvert ture de l'injecteur augmente automatiquement. Du fait de la réception d'une nouvelle information i différente de la précédente, le système suivant l'invention commande une ouverture plus grande du déflecteur dans les limites admises. C'est ainsi que dans ce cas, la valeur de l'ouverture du déflecteur suit la loi GL et passe de DO en D1, ce dernier point correspondant à la nouvelle position Il de l'injecteur. Si la vitesse de la machine hydraulique augmente rapidement, ltou- verture de l'injecteur diminue et vient de 10 en I2 grâce à l';nforma- tion nouvelle ; introduite dans le circuit 1. A ce moment, le déflecteur se ferme au maximum, mais dans La limite autorisée, c'est-à-dire jusqu'à la courbe PL, puis il s'ouvre à nouveau au maximum dans La limite autorisée par la loi GL pour atteindre le point D2 correspondant exactement à la nouvelle position I2 de l'injecteur. La nouvelle position D2 est alors déterminée par un dispositif approprié en fonction des informations qu'il reçoit du circuit 1, c'est-à-dire du fait des variations des signaux e l et gl. L'application la plus courante du circuit 1 suivant l'invention concerne le réglage des deux organes d'une turbine hydraulique du genre PELTON ou KAPLAN et il fonctionne lors des variations de vitesses de cette machine hydraulique, par exemple lorsqu'elle entraîne un alternateur alimentant un réseau isolé. Dans le cas d'une turbine KAPLAN, on notera que la courbe PL est confondue avec L'abscisse. On peut appliquer, comme illustré en fig. 3, le circuit de fig. 1 à la régulation d'une turbine PELTON pourvue d'un injecteur et d'un déflecteur. Le circuit de régulation comporte la structure suivante Il est prévu un régulateur PID 2, 3 par organe, c'est-à-dire que le régulateur 2 est appliqué à la position de l'injecteur et celui 3 à celle du déflecteur. A partir d'un circuit connu, par exemple décrit dans le document Français FR-A-2 494 780, le régulateur 2 émet une consigne C I qui sera appliquée à l'injecteur par un système copiant 4. A la sortie de celui-ci, l'information i de position de l'injecteur est communiquée au circuit 1. On observe que la vitesse réelle de la turbine est introduite par un signal de mesure F de la vitesse de la turbine qui peut être par exemple une mesure de fréquence. Une consigne de vitesse C F est également introduite en direction des deux régulateurs par l';n- termédiaire de deux sommateurs 5, 6. Dans le sommateur 5 est introduit un décalage de consigne C pour lui donner une tendance à l'ouverture. Le sommateur 5 émet une information E D pour le régulateur 3 et le sommateur 6 une information E I pour le régulateur 2. Conformément à l'invention, le régulateur 3 reçoit aussi les information el, gl pour élaborer la consigne CD introduite dans le système copiant 7 qui règle la position du déflecteur. On a illustré en fig. 4 l'application du circuit 1 précédemment décrit à une régulation conforme au brevet FR-2 494 780 de la présente Demanderesse. On observe que les informations el et gl parviennent respectivement dans deux sélecteurs de choix, l'un 8 pour La valeur maximale et L'autre 9 pour la valeur minimale, en vue d'élaborer la consigne CD destinée à un système copiant tel que 7 pour le réglage du déflecteur en fonction de la position de L'injecteur. Bien entendu, l'invention s'applique aussi aux turbines PELTON multi-jets et aux turbines KAPLAN comme indiqué plus haut. 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 domai ne de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 1. Procédé de limitation du déplacement d'un déflecteur d'une turbine dans une zone où son action est nécessaire en régime perturbé, en fonction de la position d'un second organe de réglage, caractérisé en ce qu'il consiste - à élaborer un circuit informatique définissant deux consignes de limitation de la position du déflecteur au moyen des deux courbes représentant la limitation de L'ouverture (GL) et l'autre la limitation de ta fermeture (PL) ; - à introduire dans le circuit (1) une information (i) sur la position d'ouverture de l'injecteur afin que ce circuit émette deux ordres de limitation (gl, el) de la position du déflecteur en fonction de la vitesse désirée de la turbine ; - et à entrer les deux ordres (gl, el) émis par le circuit (1) dans Le système de régulation (3) de la position du déflecteur. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les ordres de limitation sont introduits dans le régulateur PID (3) du système de conjugaison usuel et qui est relatif au réglage de la position du déflecteur, de telle manière que celui-ci ne peut pas être actionné dans les zones où la puissance motrice n'est pas affectée par des régimes perturbés. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les ordres de limitation (pl, gl) sont respectivement introduits dans deux sélecteurs de choix (8, 9) constituant avec ledit circuit (1) le correcteur usuel du système copiant (7) de réglage du déflecteur. 4. Procédé pour la mise en oeuvre du procédé suivant L'une quelconque des revendications 1 à 3, appliqué à une turbine hydraulique à deux organes de réglage de la vitesse, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'interdire les déplacements de l'un des organes de réglage de la vitesse de rotation d'une turbine hydraulique dans les zones où leur action n'affecte plus la puissance motrice, en fonction de la position de l'autre organe de réglage.