Brevet FR2802247A1 — publié le 20010615

L'invention a trait à un procédé d'assemblage d'une roue de turbine de type Pelton, à un auget pour une telle roue et une roue équipée d'un tel auget. Les turbines Pelton sont classiquement utilisées pour transformer l'énergie cinétique d'un fluide, tel que l'eau d'une chute, en énergie mécanique. Cette transformation s'effectue par la mise en rotation de la roue de turbine sous l'effet d'un effort tangentiel exercé, sur des augets disposés la périphérie d'une jante, par un jet d'eau sortant d'un ou plusieurs injecteurs répartis autour de la roue. Par la demande de brevet internationale WO-A-99/49 213, il est connu d'utiliser deux flasques annulaires solidaires de la jante pour soutenir les augets d'une roue de turbine Pelton, ce qui permet une distribution optimisée des efforts subis par les augets, les contraintes mécaniques n'étant alors plus concentrées dans une zone d'attache de l'auget sur la jante. Dans ce dispositif connu, chaque auget est en appui, par une surface convexe, contre des bras rayonnant des flasques et immobilisé par rapport à chaque flasque grâce une vis de blocage. Les augets d'une telle roue de turbine subissent un grand nombre d'impacts dus aux jets de fluide d'entraînement en provenance des injecteurs. Ces impacts ont pour effet de plaquer alternativement chaque auget sur les bras rayonnants contre lesquels il est en appui, ce qui résulte dans une sollicitation alternée des matériaux constitutifs des augets et des flasques. En outre, l'appui surfacique des augets sur les flasques nécessite un ajustement précis des dimensions externes de chaque auget et des logements correspondants prévus dans les flasques. Un tel ajustement ne permet pas une interchangeabilité des augets, ce qui complexifie d'autant la fabrication et la maintenance d'une telle roue. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention, en proposant un procédé d'assemblage d'une roue, telle que connue de WO-A-99/49 213, qui permet d'éviter que les impacts des jets de fluide d'entraînement ne génèrent une fatigue et/ou une sollicitation alternée de l'auget par rapport à la jante ou aux flasques. Ce procédé consiste à - pré-positionner, dans un logement d'un flasque, un auget en appui par une partie de sa face externe convexe contre un bord de ce logement, en ménageant un espace entre la face convexe de la partie radiale externe cet auget et ce bord, - réaliser une liaison articulée cet auget sur la jante et/ou le flasque du côté intérieur l'auget, - exercer sur la partie radiale externe de l'auget un premier effort calibré de rapprochement rapport au flasque, - déterminer la distance entre cette partie radiale externe et ce bord sous cet effort calibré, - relâcher cet effort calibré, - disposer, entre cette partie radiale externe et ce bord, une cale d'épaisseur sensiblement égale a la distance précitée et - exercer sur cette partie radiale externe et maintenir un second effort de rapprochement par rapport au bord, ce second effort ayant une intensité superieure ou égale à celle premier effort. Grâce à l'invention, l'auget monté sur la roue est soumis à une -contrainte formée par le second effort calibré qui a pour effet de l'immobiliser fermement par rapport au flasque et de rattraper, avec la cale, l'écart existant entre la partie radiale externe de l'auget et le flasque. Après établissement de la précontrainte, la cale permet de "filtrer" les efforts dynamiques exercés sur l'auget, notamment au niveau de sa partie radiale externe. L'utilisa tion d'une cale, d'épaisseur déterminée en fonction de la géométrie exacte de l'auget et du flasque et de la réaction de l'auget au premier effort calibré de rapprochement, permet d'envisager une interchangeabilité des augets seule l'épais seur de chaque cale devant être ajustée de façon précise à la géométrie des pièces environnantes. Selon un premier aspect avantageux de 'invention, le procédé consiste à exercer les efforts calibrés au moyen d'une vis de blocage reçue dans un logement ménagé dans le flasque et pénétrant dans un taraudage ménagé dans la partie radiale externe de l'auget. L'effort calibré peut ainsi être exercé au moyen d'une clef dynamométrique ou tout autre moyen de serrage contrôlé et avoir une intensité importante, notamment dans le d'une roue de diamètre important. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, les premier second efforts calibrés précités de rapprochement sont sensiblement de même intensité. Ainsi, en configuration montée roue, chaque auget est en appui contre la cale correspondante sous l'effet de l'effort calibré utilisé pour déterminer 'épaisseur de cette cale. Ce montage permet d'obtenir un effort constant dans les vis de blocage en filtrant les efforts alternés dus aux impacts des jets de fluide. L'invention concerne également un auget de roue de turbine permettant de mettre en oeuvre le procédé tel que précédemment décrit et, plus spécifiquement, un auget comprenant une face biconcave d'écoulement d'un fluide d'entralnement de la roue et une face convexe apte à coopérer avec au moins un flasque annulaire solidaire d'une jante de la roue. auget est caractérisé en ce que sa face convexe forme au moins une zone d'appui localisée contre le flasque et au moins une zone distante du flasque dans une partie radiale externe de l'auget, cette zone distante du flasque étant apte a être rapprochée d'une partie en regard du flasque par un effort calibré. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, cet auget incorpore une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - La face convexe de l'auget forme egalement une zone distante du flasque dans une partie radiale interne de l'auget. Ainsi, la zone d'appui localisée sur flasque est formée uniquement dans une partie centrale de cette surface convexe, ce qui permet un certain déplacement l'auget selon une direction radiale. L'auget comprend, au niveau de partie radiale externe et de la partie radiale interne de sa face concave, au moins un guide apte à conférer à l'écoulement du fluide précité une composante divergente accentuée par rapport une arête médiane de l'auget. Ce guide permet d'éviter que le fluide en cours d'écoulement ne vienne heurter un bras rayonnant du flasque disposé en regard de la face concave de l'auget. On peut prévoir que ce guide est apte à diriger l'écoulement jusqu'au niveau d'un dégagement ménagé dans un bras rayonnant du flasque disposé en regard de cette surface concave. Ce guide est avantageusement formé par une nervure s'étendant, à partir d'une zone d'extrémité radiale externe de l'auget, en direction d'une partie radiale interne de l'auget, cette nervure bordant l'échancrure externe de l'auget L'invention concerne enfin une roue de turbine de type Pelton qui comprend une jante, au moins un flasque annulaire, solidaire de la jante et pourvu de logements de réception d'augets, et au moins un auget tel que précédemment décrit. Une telle roue comprend avantageusement, pour cet auget ou pour chaque auget, une cale disposée entre la zone distante précitée et le flasque, l'auget ou chacun des augets étant soumis à un effort calibré de rapprochement de cette zone distante et du flasque. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, le ou chaque flasque est pourvu de dégagements d'écoulement du fluide d'entraînement de la turbine à partir de la surface concave de chaque auget, les dégagements étant formés sur une surface latérale externe du flasque. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de deux modes de réalisation d'une roue de turbine Pelton conforme à son principe, donnée uniquement titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 est une vue en perspective partielle d'une roue de turbine Pelton conforme à l'invention ; - La figure 2 est une coupe selon la ligne II-II à la figure 1 ; - La figure 3 est une coupe selon la ligne III-III à la figure 2 lors d'une première étape d'assemblage de la roue de la figure 1, plusieurs augets étant représentés ; - La f figure 4 est une vue analogue la figure 3 lors d'une seconde étape du procédé d'assemblage ; - La f figure 5 est une vue analogue la figure 3 lors d'une troisième étape du procédé d'assemblage ; - La figure 6 est une vue en perspective partielle de l'auget de la roue des figures 1 à 5 ; - La figure 7 est une vue analogue la figure 6 pour un auget conforme à un second mode de réalisation de l'invention. La roue de turbine représentée aux figures 1 à 6 comprend une jante 1 et des augets 2, au nombre de dix-huit dans l'exemple représenté, répartis à la périphérie de la jante 1. Chaque auget comprend deux cuillers ou bols 3 séparés par une arête médiane 4 destinée à être disposée en regard d'un ou plusieurs injecteurs d'eau ou de vapeur non représentés. La jante 1 est prévue pour être montée sur un arbre de transfert du mouvement également non représenté. Pour la clarté du dessin, un seul auget est représenté à la figure 1. Deux flasques 5 et 6 en forme d'anneau sont montés sur la jante et contribuent au maintien des augets 2 par rapport à cette jante. Les flasques 5 et 6 sont respectivement pourvus de logements 7 et 8 dans lesquels peuvent être insérées les cuillers 3 des augets 2. Deux bandes 9 et 10 de matière continue sont respectivement formées dans les zones périphéri ques externes des flasques 5 et 6. Ces bandes 9 et 10 relient des bras rayonnants 11 et 12 formés par les flasques 5 et 6, respectivement entre des logements adjacents 7 et 8. Chaque auget 2 est monté sur la jante 1 et les flasques 2 grâce une goupille 15 installée suivant un montage dit "compound" et apparaissant plus clairement à la figure 2. Cette goupille comprend un corps principal 15A légèrement conique inséré dans un manchon fendu 15B, lui même introduit dans des perçages correspondants des flasques 5 et 6 et de la jante 1. Une vis 15C de blocage coopère avec une rondelle 15D pour le serrage de la goupille 15 en position. Chaque auget 2 définit deux surfaces concaves 21 et 22 entre lesquelles s'étend l'arête 4 selon un axe radial X-X' formant axe de symétrie de l'auget 2. L'auget 2 définit également deux surfaces convexes 23 et 24 formant ensemble la surface extérieure de chaque cuiller 3. Chaque auget 2 comprend une partie radiale interne 2A au niveau de laquelle il est solidarisé avec la jante 1 et les flasques 5 et 6 par la goupille 15. Chaque auget 2 comprend également une partie radiale externe 2B située à proximité des bandes 9 et 10 en configuration montée de la roue et dans laquelle il est défini une échancrure externe 25 permettant l'injection du jet d'eau dans l'auget 2. On note respectivement 23A et 23B les parties radiales interne et externe de la surface 23. Comme il ressort plus clairement des figures 3 à 5, un talon ou partie en saillie 23C dépasse de la surface 3 par rapport aux parties 23A et 23B, le talon 23C étant ménagé dans une zone intermédiaire de l'auget 2. La géométrie de la surface 24 est analogue à celle de la surface 23 et comprend également une partie en saillie ou talon. Chaque logement 7 est défini par un bord concave 71 et un bord sensiblement rectiligne 72 entre lesquels est insérée une 'ller 3 d'un auget 2, la surface 23 de cette cuiller longeant le bord 71. De même, chaque logement 8 reçoit la cuiller 3 de l'auget 2 située sur la gauche de l'axe X-X' à la figure 2. Comme il ressort plus particulièrement de la figure 3, la géométrie du bord 71 et de la surface 23 est telle que la surface 23 est en appui contre le bord 71 uniquement au niveau de sa zone centrale ou talon 23C, deux espaces E et E' étant respectivement ménagés entre la partie 23A et le bord 71 d'une part, et entre la partie 23B et le bord 71 d'autre part. Lors de l'étape d'assemblage de la roue représentée à la figure 3, on met en place chaque auget 2 dans les logements 7 et 8 correspondants et l'on insère la goupille 15 dans les perçages correspondants des augets de la jante et des flasques, sans serrer cette goupille, de telle sorte qu'on réalise une liaison articulée de chaque auget sur la jante et les flasques. On insère alors dans un logement 51 prévu dans la bande 9 du flasque 5, une vis 52 dont la tige traverse le logement 51 et peut être insérée dans un taraudage 23D prevu dans la partie 23B de la surface 23. On visse alors la vis 52 avec une clef dynamométrique, ou un autre moyen de serrage contrôlé tel qu'un verin de précontrainte ou une canne chauffante, de façon à obtenir un effort calibré de rapprochement de partie 2B de l'auget 2 et du bord 71 du logement 7. On procède de la même manière en ce qui concerne la seconde cuiller de l'auget 2. On est alors dans la position de la figure 4 ou un effort calibré F1 est exercé sur la partie 2B par la vis 52 et la vis équivalente prévue dans le second flasque 6. Dans cette configuration, on mesure l'écartement e existant entre la partie de la surface 23 et le bord 71 du logement 7. Cet écartement e peut être différent d'un auget à l'autre compte tenu des tolérances de fabrication de la jante, des flasques et des augets. On mesure l'écart équivalent entre la partie externe de la surface 24 et le bord concave du logement 8. En pratique, on met en place tous les augets 2 dans les logements 7 et 8 et l'on serre, progressivement, selon un ordre logique, l'ensemble des vis 52 et équivalentes afin de mettre tous les augets sous précontrainte F1 de rapprochement de leurs parties radiales externes respectives 2B par rapport aux flasques 5 et 6 pour assurer une symétrie d'ensemble. Ensuite, on mesure les écarts e car ces écarts dépendent, notamment, de la répartition d'efforts dans les flasques 5 et 6. Lorsque les écarts e ont été déterminés, on façonne des cales 53 dont chacune a une épaisseur égale à l'écartement e entre un auget et le flasque tel que défini précédemment. Ensuite, après avoir desserré les vis 52, c'est-à-dire relâcher l'effort F1, on met en place les cales 53 chacune entre l'auget 2 et le bord 71 ou équivalent du logement 7 ou 8 dans lequel il est inséré et pour lequel la cale 53 a été façonnée. En d'autres termes, chaque cale 53 est dédiée à un couple formé d'un auget 2 et d'un logement 7 ou 8. Lorsque la cale 53 est en place, on serre à nouveau les vis 52 équivalentes avec un effort calibré F2 d'intensité supérieure ou égale à celle de l'effort F1 utilisé précédem ment. soumet ainsi la partie radiale externe 2B de chaque auget 2 à un effort F2 de rapprochement de cette partie par rapport bord 71 ou équivalent du logement. Comme l'effort F2 est au moins aussi intense que l'effort Fl, on sûr que la partie 23B de la surface 23 est en appui ferme contre la cale 53 qui est elle-même en appui ferme contre bord 71 du logement 7 ou équivalent. Chaque auget est ainsi soumis à une précontrainte F2 qui le plaque efficacement contre le flasque, en pivotement autour de l'axe de la goupille 15. Chaque auget 2 est donc fermement maintenu en position et ne risque pas d'osciller sous l'effet des impacts fluide issu des injecteurs. On serre alors les goupilles 15, de telle sorte que la liaison iculée créée à leur niveau est verrouillée. Au terme du montage, l'auget 2 peut être modélisé comme une poutre articulée du côté de la goupille et en appui sur les zones centrales 23ç et équivalente alors qu'elle est soumise a un effort de plaquage contre le bord 71. Comme il ressort plus particulièrement de la figure 5, chaque auget 2 est soumis à un effort de réaction R de part du flasque 5 ou 6 et à l'effort F2, l'effort F2 ayant une intensité égale à la section de la vis 52 multipliée la force serrage. Dans le cas d'une vis de type M16 serrée à OMPa, l'effort F2 a une valeur définie comme suit F2 = 144 mm2 X 200MPa = 28 800N. composante tangentielle F'2 de l'effort F2 est égale à F'2 = X cos (a) où a est l'angle d'ouverture de 1 effort F2 par rapport à la réaction R. En supposant a égal à 30 , on obtient F'2 = 24 940 N. A 'équilibre, la précontrainte exercée par l'effort de réaction R sur l'auget 2 qui résulte de la composante F'2 peut être exprimé en fonction des distances dl et d2 définies respectivement entre la goupille 15 et un point d'application de la réaction R et entre la goupille 15 et le point d'appli- cation de l'effort F2 comme R = F' 2 x d2/dl . Par ailleurs, l'effort de l'impact exercé par le jet sur chaque auget 2 peut être déterminé par le calcul et il suffit de choisir la force de serrage des vis 52 et équivalentes et le rapport d2/dl pour que l'effort R soit en permanence supérieur ou égal à l'effort subi par l'auget sous l'effet de l'impact précité. On peut, par exemple, utiliser un coeffi cient de sécurité de l'ordre de 1,5. Ainsi, chaque auget est fermement maintenu en position par rapport son environnement et son matériau constitutif n'est pas sollicité en fatigue par les impacts qu'il subit. Le procédé de l'invention est efficace pour autant que l'effort F2 est supérieur en valeur à l'effort F1, ce qui permet d'assurer que chaque auget 2 est effectivement plaqué contre la cale 53 ou équivalente adjacente. Selon une variante avantageuse de l'invention, les efforts F1 et F2 peuvent être sensiblement égaux, auquel cas les vis 52 et équivalentes ne sont pas soumises un effort d'élongation important alors que chaque auget est efficacement maintenu en position. Le fait qu'un espace E est prévu entre la partie 23A de la surface 23 et le bord 71 assure que le système formé d'un auget 2 et d'un flasque 5 ou 6 est isostatique. Comme il ressort plus particulièrement des figures 2 et 6, les parties radiales externes 21B et 22B des surfaces concaves 21 et 22 sont chacune pourvues d'une nervure 21C ou 22C jouxtant l'échancrure 25. Ces nervures ont pour fonction de dévier l'écoulement d'eau représenté par la flèche F3 à la figure 2 vers l'extérieur de l'espace E'' défini entre les flasques 5 et 6. Pour éviter que l'écoulement d'eau dévié par les nervures 21C et 22C ne frappe les bords rectilignes 72 et équivalents des logements 7 et 8, ces bords sont pourvus, sur les faces externes 5A, 6A des flasques 5 et 6, de dégagements, 73 pour les bords des logements 7 et 83 pour les bords des logements 8. Grâce à ces dégagements 73 et 83, l'écoulement d'eau F3 peut être évacué sans générer un effort de freinage de la roue qui pourrait intervenir si l'eau s'écoulant sur les surfaces 21 et 22 frappait les bords 72 et équivalents logements et 8. Comme il ressort plus particulièrement de figure 6, nervure 21ç a une profondeur et une épaisseur décroissantes en s'éloignant du bord 21D de la surface 21. Comme le montre, la figure 7, la fonction la nervure 21ç peut également être obtenue par une zone concave 121C prévue dans la partie radiale externe 121B la surface concave 121 d'un auget conforme à un second mode de réalisa- ion. Du côté de la partie interne 21A ou 22A des surfaces 21 22, celles-ci sont pourvues d'un garnissage ou 22E permettant de dévier également l'écoulement F3 vers l'exté rieur des flasques 5 et 6, sans interférence avec bords rectilignes des logements 7 et 8. Comme précédemment, des dégagements 74 et 84 peuvent être prévus sur les flasques 5 et 6, au niveau des bords des logements 7 et 8, pour éviter une interférence entre l' écoule ment F3 et ces bords. En variante, les garnissages 21E et 22E s étendent jusqu'à l'extérieur des flasques 7 et 8, telle sorte qu'il n'est pas nécessaire de prévoir des dégagements dans les parties internes des bras 11 et 12. L'invention a été décrite avec une roue de turbine comprenant une jante et deux flasques rapportés sur cette jante. Elle est également applicable au cas où la jante est formée de deux demi-jantes intégrant chacune une partie annulaire formant flasque, comme décrit dans le second mode de réalisation de WO-A-99/49213 et, plus généralement, à toute roue de turbine comprenant une jante et au moins un flasque. REVENDICATIONS 1. Procédé d'assemblage d'une roue de turbine de type Pelton comprenant une jante (1), plusieurs augets (2) répartis la périphérie de cette jante et au moins un flasque annulaire (5, 6) solidaire de ladite jante et pourvu de logements (7, 8) de réception desdits augets, caractérise en qu'il consiste à - pré-positionner, dans un logement (7) dudit flasque, un auget (2) en appui par une partie (23C) de sa face externe convexe (23) contre un bord (71) dudit logement en ménageant un espace (E') entre la face convexe (23B) de la partie radiale externe (2B) dudit auget et ledit bord (71) ; - réaliser une liaison articulée dudit auget (2) sur ladite jante (1) et/ou ledit flasque (5) du côté intérieur (2A) dudit auget ; - exercer sur ladite partie radiale externe (2B) dudit auget un premier effort calibré (F1) de rapprochement par rapport audit flasque ; - déterminer la distance (e) entre cette partie radiale externe (2B) et ce bord (71) sous ledit effort (F1) ; - relâcher ledit effort (F1) ; - disposer, entre ladite partie radiale externe (2B) et ledit bord (71), une cale (53) d'épaisseur sensiblement égale à ladite distance (e) et - exercer sur ladite partie radiale externe (2B), maintenir, un second effort (F2) de rapprochement par rapport audit bord (71), ledit second effort (F2) ayant intensité supérieure ou égale à celle dudit premier effort 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en qu'il consiste à exercer lesdits efforts calibrés (F1, FZ) au moyen d'une vis de blocage (52) reçue dans un logement (51) ménagé dans ledit flasque (5, 6) et pénétrant dans un taraudage (23D) ménagé dans la partie radiale externe (2B) dudit auget (2). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits premier et second efforts calibrés F2) de rapprochement sont sensiblement de même intensité. 4. Auget de roue de turbine de type Pelton comprenant une face biconcave (21, 22) d'écoulement (F3) d'un fluide d'entraînement de ladite roue et une face convexe (23, 24) apte à cooperer avec au moins un flasque annulaire (5, 6) solidaire d'une jante (1) de ladite roue, caractérisé en ce que ladite face convexe (23) forme au moins une zone (23C) d'appui localisé contre ledit flasque (5, 6) et au moins une zone distante (23B) dudit flasque dans une partie radiale externe (2B) dudit auget (2), ladite zone (23B) distante dudit flasque étant apte à être rapprochée d'une partie en regard dudit flasque par un effort calibré (F1, F2) . 5. Auget selon la revendication 4, caractérisé en que ladite face convexe (23, 24) forme une zone (23A) distante dudit flasque (5, 6) dans une partie radiale (2A) interne dudit auget (2). 6. Auget selon l'une des revendications 4 ou 5, caracté risé en ce qu'il comprend, au niveau de la partie radiale externe (21B, 22B) et/ou de la partie radiale interne (21A, 22A) de sa face concave (21, 22), au moins un guide (21C, 22C, 21E, 22E) apte à conférer à l'écoulement (F3) dudit fluide une composante divergente accentuée par rapport à l'arête 'diane (4) dudit auget (2). 7. Auget selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit guide (21C, 22C, 21E, 22E) est apte à diriger ledit écoulement (F3) jusqu'au niveau d'un dégagement (73, , 83, 84) ménagé dans un bras rayonnant (11, 12) dudit flasque (5, 6) disposé en regard de ladite surface concave (21, 22). 8. Auget selon l'une des revendications 6 ou 7, caracté risé en ce que ledit guide est formé par une nervure (21C, 22C) s'étendant, à partir d'une zone (2B) d'extrémité radiale externe dudit auget (2), en direction d'une partie radiale interne(2A) dudit auget, cette nervure bordant une échancrure externe (25) dudit auget. 9. Roue de turbine de type Pelton comprenant jante (1) et au moins un flasque annulaire (5, 6) solidaire de ladite jante et pourvu de logements (7, 8) de reception d'augets, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un auget (2) selon l'une des revendications 4 à 8. 10. Roue de turbine selon la revendication 9, caractéri- en ce qu'elle comprend, pour ledit auget (2) chacun desdits augets, une cale (53) disposée entre ladite zone distante (23B) et ledit flasque (5, 6), ledit auget ou chacun desdits augets étant soumis à un effort calibré (F2) de rapprochement de ladite zone distante et dudit flasque. 11. Roue de turbine selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisée en ce que ledit ou chaque flasque (5, 6) est pourvu de dégagements (73, 74, 83, 84) d'écoulement du fluide d'entraînement de la turbine à partir de la surface concave (21, 22) de chaque auget (2), lesdits dégagements étant formés sur une face latérale (5A, 6A) externe dudit flasque (5, 6).