Brevet FR2998336A1 — publié le 20140523

Distributeur de turbine avec dispositif de freinage de directrice La présente invention concerne un distributeur de turbine comprenant : un cercle de vannage ; un jeu de directrices aptes à être orientées par le cercle de vannage ; et un jeu d'ensembles de liaison des directrices au cercle de vannage, chaque ensemble de liaison comprenant un organe de rupture, l'organe de rupture étant adapté à se rompre et ainsi à séparer la directrice associée du cercle de vannage en cas de sollicitations excessives. Un tel distributeur de turbine est connu et illustré aux figures 1 et 2. En référence à ces figures, on distingue un détail d'une turbine Francis 2. Cette turbine Francis 2 comporte une bâche 4, une roue 6, un bâti 8, et un distributeur 10. Le distributeur 10 correspond aux éléments délimités par un cadre en trait pointillé. Le bâti 8 est fixé à la bâche 4 à l'aide de boulons 12. Le distributeur 10 comprend un cercle de vannage 14, un jeu de directrices 16, et un jeu d'ensembles 18 de liaison des directrices 16 au cercle de vannage 14. On notera que les figures 1 et 2 montrent uniquement une directrice 16 et son ensemble de liaison 18 associé, sachant que les autres directrices 16 et ensembles de liaison 18 sont identiques. La directrice 16 comporte une pale 19 et une queue 21 prolongeant la pale 19 selon un axe vertical X-X. La queue 21 dispose d'un tronc 23 et d'un sommet 25. Un palier 27 supporte le tronc 23 à l'intérieur du bâti 8 de manière à ce que la queue 21 et ainsi la directrice 16 soient rotatives autour de l'axe vertical X-X par rapport au bâti 8. L'ensemble de liaison 18 correspond aux éléments délimités par un cadre en trait continu. L'ensemble de liaison 18 comprend un levier 20, un organe de rupture 22, et une coiffe 24. Le levier 20 est divisé en une section centrale 26 et un bras 28 s'étendant à partir de la section centrale 26 en direction du cercle de vannage 14. Le bras 28 est muni d'une fourche 29. Un logement 30 accueillant le sommet 25 est prévu dans la section centrale 26. Le sommet 25 est fixé à la section centrale 26 à l'aide d'une goupille 31. L'organe de rupture est de préférence un axe 22 avec un corps 32 à extrémité inférieure 33. Une noix 34 est en liaison pivot avec l'extrémité inférieure 33 du corps 32. L'axe 22 traverse le cercle de vannage 14 et son extrémité inférieure 33 avec la noix 34 est encadrée par la fourche 29. Ainsi, l'axe 22 relie le levier 20 au cercle de vannage 14. En cas de blocage de la directrice 16, par exemple à cause d'un débris coinçant la pale 19, le cercle de vannage 14 est empêché de tourner. Une tentative de rotation du cercle de vannage 14 résulte alors en un effort croissant subit par la directrice 16 bloquée jusqu'à la rupture de l'axe 22. La rupture sépare le cercle de vannage 14 de la directrice 16 bloquée, et le cercle de vannage 14 peut alors tourner afin de commander les autres directrices. Ainsi, l'organe de rupture 22 agit comme « fusible » entre le cercle de vannage 14 et une directrice 16 défaillante. Toutefois, une fois que la directrice 16 bloquée est séparée du cercle de vannage 14, celle-ci est libre de pivoter de façon incontrôlée autour de l'axe X-X dès que la pale 19 se décoince. La directrice risque alors de heurter certaines parties de la turbine 2 et ainsi d'endommager soi-même ou lesdites parties. Ce risque est d'autant plus élevé que la puissance de la turbine 2 et sa taille sont grandes. Par conséquent, on utilise ce distributeur de turbine connu principalement dans des turbines de faible puissance utilisées dans des « petites » centrales hydroélectriques (le terme « petit » correspondant à une puissance inférieure ou égale à environ 10 MW). L'utilisation dans des centrales hydroélectriques de taille « moyenne » ou « grande » (le terme « moyen » correspondant à une puissance entre 10 et 100 MW et le terme « grand » à une puissance de plus de 100 MW) est déconseillé car dangereux. Un but de l'invention est donc de proposer un distributeur de turbine également utilisable sans risques dans des turbines de puissance plus élevée, notamment pour des centrales hydroélectriques « moyennes ». Un autre but de l'invention est de conserver au maximum la simplicité du distributeur de turbine connu. Selon l'invention, ces buts sont atteints par le distributeur de turbine précité, caractérisé en ce que chaque ensemble de liaison comprend un dispositif de freinage du mouvement de la directrice associée en cas de séparation de la directrice du cercle de vannage. En prévoyant un dispositif de freinage de la directrice en cas de rupture de l'organe de rupture, un pivotement incontrôlé de la directrice libérée est ralenti à tel point qu'un endommagement est exclu, même à des puissances de turbine élevées. Selon d'autres modes de réalisation, le distributeur de turbine selon l'invention comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le dispositif de freinage comprend un corps de freinage et une pièce de freinage, le corps de freinage et la pièce de freinage étant fixés l'un à l'autre par l'organe de rupture ; - une garniture de freinage est prévue entre le corps de freinage et la pièce de freinage ; - le corps de freinage est logé dans la pièce de freinage de façon à ce que le corps et la pièce puissent tourner l'un par rapport à l'autre lorsque l'organe de rupture s'est rompu ; - le corps de freinage est associé, et notamment fixé à la directrice ; - le corps de freinage est une douille emmanchée sur une queue de la directrice associée ; - la pièce de freinage est associée au cercle de vannage ; - la pièce de freinage est un collier de serrage entourant le corps de freinage ; - un composant de réglage du serrage du collier de serrage, notamment un boulon de réglage ; et - chaque ensemble de liaison comporte un levier muni d'une fourche de liaison du levier au cercle de vannage. L'invention concerne également une turbine Francis équipée d'un distributeur de turbine tel que défini ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe verticale selon les flèches 1-1 de la figure 2 d'un détail d'une turbine Francis connue ; - la figure 2 est une vue de dessus selon la flèche 11 de la figure 1 d'un détail de la turbine Francis connue ; - la figure 3 est une vue en coupe verticale selon les flèches III-III de la figure 4 d'un détail d'une turbine Francis selon l'invention ; et - la figure 4 est une vue de dessus selon la flèche IV de la figure 3 d'un détail de la turbine Francis selon l'invention. La figure 3 montre un détail d'une turbine Francis 200 selon l'invention. De préférence, il s'agit d'une turbine de puissance moyenne, donc avec une puissance entre 10 et 100 MW. Les composants de la turbine 200 qui sont identiques à ceux de la turbine 2 connue portent les mêmes références. Pour leur description, il est fait référence à la description ci-dessus des figures 1 et 2. On se limitera par la suite à une description des différences de la turbine 200 selon l'invention par rapport à la turbine 2 connue. La turbine 200 dispose d'un distributeur 100 comprenant un cercle de vannage 14, un jeu de directrices 16, et un jeu d'ensembles de liaison 180. Chaque ensemble de liaison 180 comporte un levier 20 relié au cercle de vannage 14 par un axe 220 et une noix 34. On notera que l'axe 220 a comme unique fonction la liaison du levier 20 au cercle de vannage 14. L'axe 220 n'est pas un organe de rupture. Chaque ensemble de liaison 180 est muni d'un dispositif de freinage 36. Le dispositif de freinage 36 comporte un corps de freinage 38, une pièce de freinage 40, et une garniture de freinage 42 située entre le corps de freinage 38 et la pièce de freinage 40. Le corps de freinage 38 et la pièce de freinage 40 sont fixés l'un à l'autre par l'organe de rupture, à savoir une tige 22. Le corps de freinage 38 est logé rotatif dans la pièce de freinage 40, la rotation du corps de freinage 38 par rapport à la pièce de freinage 40 étant empêchée par la tige de rupture 22. Le corps de freinage 38 est une douille solidaire via une goupille 31 du sommet 25 de la queue 21 de la directrice 16. La douille 38 est reliée de manière fixe en rotation au sommet 25. La pièce de freinage 40 est un collier de serrage intégré au levier 20 et entourant la douille 38. Le collier de serrage 40 est pourvu d'un composant de réglage du serrage, à savoir d'un boulon de réglage 44. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif de freinage 36. Tout d'abord, la force de freinage des directrices 16 en cas de rupture d'organe de rupture 22 est réglée à l'aide des boulons de réglage 44. Ensuite, la turbine Francis 200 est mise en route. Pendant la marche de la turbine 200, les directrices 16 sont régulièrement réorientées à l'aide du cercle de vannage 14 afin de maintenir la turbine 200 à un point de fonctionnement optimal. Plus précisément, le cercle de vannage rotatif 14 pilote la rotation de chaque directrice 16 par le coulissement de la noix 34 dans la fourche 29 du levier 20. Si l'une des directrices 16 se bloque, elle résistera à la prochaine réorientation jusqu'à la rupture de la tige de rupture 22. Le cercle de vannage 14 est ainsi libéré de la directrice 16 bloquée, ce qui permet la réorientation des autres directrices. En raison de la rupture de la tige 22, la douille 38 est séparée du collier 40. Par conséquent, tout mouvement incontrôlé de la directrice défaillante se traduit par une rotation de la douille 38 à l'intérieur du collier 40. Cette rotation (et donc le mouvement de la directrice) est freinée par la garniture de freinage 42. La force de freinage dépend du degré de serrage du collier 40. En freinant le mouvement erratique de la directrice défaillante, on empêche tout endommagement de la turbine 200.35 REVENDICATIONS1.- Distributeur (100) de turbine (200) comprenant : un cercle de vannage (14) ; un jeu de directrices (16) aptes à être orientées par le cercle de vannage (14) ; et un jeu d'ensembles (180) de liaison des directrices (16) au cercle de vannage (14), chaque ensemble de liaison (180) comprenant un organe de rupture (22), l'organe de rupture (22) étant adapté à se rompre et ainsi à séparer la directrice (16) associée du cercle de vannage (14) en cas de sollicitations excessives, caractérisé en ce que chaque ensemble de liaison (180) comprend un dispositif (36) de freinage du mouvement de la directrice (16) associée en cas de séparation de la directrice du cercle de vannage (14). 2.- Distributeur de turbine selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de freinage (36) comprend un corps de freinage (38) et une pièce de freinage (40), le corps de freinage et la pièce de freinage étant fixés l'un à l'autre par l'organe de rupture (22). 3.- Distributeur de turbine selon la revendication 2, dans lequel une garniture de freinage (42) est prévue entre le corps de freinage et la pièce de freinage. 4.- Distributeur de turbine selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le corps de freinage (38) est logé dans la pièce de freinage (40) de façon à ce que le corps et la pièce puissent tourner l'un par rapport à l'autre lorsque l'organe de rupture (22) s'est rompu. 5.- Distributeur de turbine selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel le corps de freinage (38) est associé, et notamment fixé à la directrice (16). 6.- Distributeur de turbine selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le corps de freinage est une douille (38) emmanchée sur une queue (21) de la directrice associée. 7.- Distributeur de turbine selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel la pièce de freinage (40) est associée au cercle de vannage (14). 8.- Distributeur de turbine selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel la pièce de freinage est un collier de serrage (40) entourant le corps de freinage (38). 9.- Distributeur de turbine selon la revendication 8, comprenant en outre un composant (44) de réglage du serrage du collier de serrage, notamment un boulon de réglage. 10.- Distributeur de turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque ensemble de liaison (180) comporte un levier (20) muni d'une fourche (29) de liaison du levier (20) au cercle de vannage (14). 11.- Turbine Francis (200) équipée d'un distributeur de turbine (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes.