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MECANISME A ECOULEMENT.
Dans les transformateurs de moment de rotation fonction- nant suivant le principe de l'écoulement, en particulier dans les transformateurs dits pleins, c'est-à-dire ceux qui indé- pendamment du rapport de nombres de tours, c'est-à-dire indé- pendamment du degré de transformation du moment à chaque ins- tant, doivent toujours prendre à la machine de commande la même puissance, l'appareil directeur est placé après la roue de turbine dans le sens.de l'écoulement, c'est-à-dire devant la roue de pompe. Il a alors la fonction d'amener le courant
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de liquide à la pompe toujours avec la même inclinaison.
L'appareil directeur doit par conséquent modifier l'incli- naison du courant de la roue de turbine très variable avec le rapport variable de nombre de tours entre le nombre de tours primaire et le nombre de tours secondaire, de telle manière que l'inclinaison d'entrée pour la pompe reçoit une valeur constante autant que possible pour tous les rapports de nombre de tours. Ceci est vrai non seulement pour les transformateurs simples comportant seulement une roue de pompe, une roue de turbine et une roue directrice, mais aus- si pour les transformateurs à plusieurs étages, c'est-à-dire ceux comportant plusieurs étages de turbines et plusieurs étages d'appareils directeurs en concordance, et notamment dans ce cas pour la couronne d'aubes directrices disposée après le dernier étage de turbines et avant la roue de pompe.
Le problème mentionné imposé à l'appareil directeur ne peut pas toujours être résolu par celui-ci, comme on le sait, de la manière qui serait désirable car dans un grillage d'au- bes à espacement fini d'aubes et à nombre d'aubes fini par conséquent, on sait d'une manière tout-à-fait générale que la direction d'écoulement et par conséquent l'inclinaison du liquide sont déterminées seulement en première approximation par l'angle de sortie des aubes. La sortie effective s'écar- te en effet plus ou moins de l'angle de sortie des aubes réa- lisé et cela dans le sens positif ou négatif.
Cet écart angu- laire dépend de différentes grandeurs, par exemple de la for- me de l'aube (longueur, épaisseur, courbure), en outre de la position de l'aube ou de la grandeur de l'angle de sortie, de la répartition des aubes et de la direction d'arrivée au grillage des aubes.
On a essayé de tenir compte déjà dans la construction d'un transformateur de cet écart ahgulaire et spécialement
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de l'écart angulaire positif qui s'explique d'une manière brève par le fait que l'écoulement tend à traverser un gril- lage d'aubes avec une variation de direction et d'inclinai- son aussi petite que possible ; à cet effet on a rendu l'an- gle de sortie des aubes plus petit que c'est nécessaire, c'est-à-dire qu'on a augmenté la variation angulaire dans l'aube. L'aubage est donc réalisé avec ce qu'on appelle une exagération d'angle.
On ne peut toutefois pas tenir compte de cette manière de celles des grandeurs indiquées ci-dessus qui varient cons- tamment en fonctionnement. La direction d'arrivée au grilla- ge des aubes de l'appareil directeur subit, en particulier par suite de la.très grande différence dans la vitesse péri- phérique pour les différents états de fonctionnement, une variation dans de larges limites. Avant tout lors de l'immo- bilisation par freinage du coté secondaire, ainsi qu'en cas de nombres de tours secondaires élevés en particulier dans le voisinage du nombré de tours de passage de la roue de tur- bine, il se produit une très mauvaise entrée de'l'écoulement dans les aubes directrices.
La conséquence d'une pareille en- trée défectueuse est, comme on le sait, la formation d'un coussin de tourbillonnement au dos des aubes lors de l'immo- bilisation par freinage et pour les bas nombres ,de tours se- condaires, ou bien du coté creux de l'aube lors de la "tra- versée" de la roue de turbine ou pour des nombres de tours secondaires très élevés, ce qui a pour conséquence outre une diminution de rendement connue, encore une déviation non dé- sirée de l'écoulement. On observe en effet que la formation de tourbillons influence tellement fortement la sortie à l'extrémité, des aubes que l'écoulement arrive à l'aubage de la roue de pompe avec un écart angulaire variable sous la dépendance du nombre de tours de la roue de turbine.
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La présente invention est basée sur le problème consis- tant à écarter cet inconvénient de la déviation de l'écoule- ment provenant du coussin de tourbillonnement en cas d'arri- vée défectueuse aux aubes directrices, c'est-à-dire ce qu'on appelle l'écart angulaire négatif,qui a pour effet une arri- vée défectueuse dans les aubes de pompe faisant suite à l'ap- pareil directeur dans le sens de l'écoulement.
La présente invention consiste en ce que l'appareil directeur entre la roue de turbine et la roue de pompe ou entre le dernier éta- ge de turbine et la roue de pompe est formé de deux couron- nes d'aubes disposées l'une derrière l'autre dans le sens de l'écoulement, séparées l'une de l'autre par un intervalle sans aubes, ou décalées l'une par rapport à l'autre dans le sens périphérique, couronnes dont la première présente les- profils d'aubes recourbés nécessaires pour conduire le cou- rant de liquide, tandis que les roues de la seconde couronne d'aubes directrices sont constituées sans courbure notable et sont disposées de telle manière que la direction coïncide avec la direction de sortie de l'écoulement de la première couronne d'aubes directrices pour l'état normal de fonction- nement.
On a disposé, suivant la présente invention, par con- séquent, à la suite d'une couronne d'aubes directrices con- formée de la manière usuelle, à une certaine distance ou avec un décalage dans le sens périphérique, une seconde couronne d'aubes directrices dont les aubes sont placées dans la di- rection de la sortie de l'écoulement des aubes de la premiè- re couronne d'aubes directrices et n'ont pas de courbure no- table, de sorte que pour les états nombreux de fonctionne- ment l'écoulement dans le second appareil directeur ne subit aucune variation d'inclinaison.
On a déjà essayé d'empêcher le phénomène mentionné de la formation d'un coussin de tourbillonnement de l'un ou de l'autre coté des aubes, par le fait que l'écoulement était
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conduit plus rigidement par des aubes intermédiaires entre les différentes aubes principales. L'effet espéré ne s'est toutefois pas produit ainsi dans une mesure suffisante. On a d'autre part essayé également déjà d'éviter l'effet nuisible d'un coussin de tourbillonnement par le fait'que les aubes étaient considérablement allongées, c'est-à-dire que le rap- port de la longueur d'aube à.l'espacement des aubes était agrandi. Mais cet essai est également resté sans résultat.
La raison en est, suivant les constatations qui ont conduit à la présente invention, qu'un coussin de tourbillonnement se formant en cas d'arrivée défavorable peut éventuellement être étiré un peu par l'allongement des aubes, c'est-à-dire être aplati, mais est entrainé malgré cela jusqu'à l'extré- mité d'une aube ainsi allongée et ne peut pas disparaître.
Des essais récents ont montré que même des grillages d'aubes ayant un rapport de la longueur d'aube à l'espacement des aubes de 5 à 7 et même plus, présentent un écart angulaire négatif.
Contrairement à cet essai connu, la proposition suivant la présente invention a pour effet que lorsque l'écoulement quitte le premier grillage d'aubes, les tourbillonnements se détachent des aubes de ce grillage et perdent, par suite de l'espace sans aube intercalé ou par la disposition décalée de la seconde couronne d'aubes directrices, leur action sur le grillage d'aubes'suivant. Indépendamment de l'arrivée à la première couronne proprement dite d'aubes directrices, par l'action du redressement de la seconde couronne d'aubes di- rectrices placée à la suite avec espacement ou décalage, l'arrivée à la roue de pompe, c'est-à-dire l'inclinaison d'entrée de la roue de pompe est maintenue constante.
Ceci a pour conséquence la constance de la hauteur de refoulement et du débit de la pompe et par conséquent l'absorption cons-
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tante de puissance de la roue de pompe, comme c'est désiré dans les transformateurs pleins.
Suivant une autre proposition de la présente invention, l'intervalle non pourvu d'aubes des deux couronnes d'aubes directrices correspond en longueur à peu près à l'espacement des aubes de l'appareil directeur. On comprend immédiatement que l'observation précise de cette prescription n'est pas indispensable, mais qu'au contraire un espace sans aubes dont la longueur est plus petite que l'espacement des aubes apporte une amélioration des conditions et que d'autre part le présent brevet couvre également une réalisation dans la- quelle l'intervalle est considérablement plus grand qu'un espacement d'aubes, par exemple un multiple de celui-ci.
Une autre amélioration peut être produite par le fait que l'on sépare les aubes de la seconde couronne d'aubes di- rectrices dans le sens de l'écoulement, par un espace sans aubes, des aubes de la première couronne directrice et qu'on les dispose en outre avec décalage dans le sens périphérique par exemple de telle manière qu'elles se placent au milieu entre les aubes de l'appareil directeur principal. Les deux mesures se viennent alors en aide dans leur action. L'emploi simultané des deux mesures est à conseiller avant tout lors- que l'intervalle non pourvu d'aubes entre les deux couronnes d'aubes ne peut pas être rendu aussi grand qu'on le désire et avant tout lorsqu'il est notablement plus court que l'es- pacement des aubes.
Il est alors essentiel que le guidage que possède le liquide le long des aubes de l'appareil directeur principal et par conséquent aussi le guidage pour le coussin de tourbillonnement soient interrompus, de sorte que ce dernier se brise et que la déviation du courant de liquide produite par le coussin de tourbillonnement soit supprimée dans les aubes essentiellement sans courbure, déplacées dans
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la direction de la sortie de la couronne d'aubes directrices principales en fonctionnement normal, et appartenant à la seconde couronne d'aubes suivante.
La présente invention se distingue essentiellement de toutes les propositions connues jusqu'à présent dans lesquel- les il s'agit le plus souvent de la disposition d'aubes préa- lables déplaçables qui sont changées de place, par exemple par coulissement ou pivotement, en concordance avec l'arrivée variable. Dans les solutions connues, on poursuit le but d'une adaptation des arêtes d'entrée des aubes à l'arrivée variable ou bien d'une variation de l'écoulement à l'entrée des aubes par une sorte d'effet de refendage.
On s'efforce par conséquent alors le plus souvent d'empêcher la formation d'un coussin de tourbillonnement déjà au dos des aubes, con- trairement à la proposition de la présente invention suivant- laquelle la formation d'un coussin de tourbillonnement en cas d'arrivée défectueuse du courant est acceptée mais on compense ultérieurement son action nuisible sur la direction de sortie, c'est-à-dire l'écart angulaire négatif, par l'ac- tion des aubes directrices ultérieures.
En outre on n'emploie suivant la présente invention que des aubes directrices fixes ce qui simplifie considérablement la réalisation d'ensemble en comparaison des solutions à aubes antérieures ou posté- rieures déplaçables, car des dispositifs de déplacement peu sûrs deviennent superflus et les aubes peuvent être réalisées plus parfaitement au point de vue de la solidité.
Il a été proposé également, dans les mécanismes à écou- lement, d'établir l'appareil directeur avec des couronnes d'aubes partielles qui sont disposées à distance l'une de l'autre, mais ici également on a prévu une possibilité de déplacement pour une couronne ou les deux couronnes d'aubes partielles. En outre les propositions antérieures n'appor-
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tent pas l'enseignement que la Couronne d'aubes directrices parcourue d'abord par l'écoulement et servant à la déviation du courant de liquide doit avoir de la manière usuelle des profils d'aubes recourbés, que cette couronne d'aubes doit donc être établie de telle manière qu'elle peut fonctionner tout-à-fait indépendamment comme appareil directeur, .et que la seconde couronne d'aubes ne doit posséder aucune courbure essentielle.
Ces propositions ne contiennent naturellement pas non plus la caractéristique que les aubes de la seconde couronne doivent correspondre, pour leur direction d'entrée et de sortie, à la direction de sortie du courant hors de la première couronne d'aubes, vu que là les aubes peuvent pren- dre par suite de leur possibilité de déplacement n'importe quelle position.
Dans une autre proposition antérieure l'appareil direc- teur est pourvu de plusieurs rangées d'aubes préalables dé- plaçables et de deux couronnes d'aubes directrices fixes dis- posées à distance l'une de l'autre, mais ici la couronne d'aubes située immédiatement avant la roue de pompe est pour- vue des profils d'aubes recourbés servant à la déviation usuelle du liquide, de sorte qu'il ne peut être question de l'effet qui est à envisager par la présente invention.
Pour les aubages de pompes dt de turbines, la constitu- tion de deux couronnes d'aubes séparées l'une de l'autre par un espace sans aubage a déjà été proposée. Dans ce cas, cette constitution a une toute autre fonction qu'ici dans l'appa- reil directeur et ne peut par conséquent pas être comparée à l'objet de l'invention.
L'objet de l'invention est expliqué avec plus de détails ci-après à l'aide des dessins.
La figure 1 montre le développement de l'aubage à trans- formateur à écoulement, à un étage, établi suivant la présen-
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te invention dans l'hypothèse d'une arrivée normale, c'est- à-dire dans le cas d'un état de fonctionnement pour lequel le transformateur est construit.
La figure 2 montre l'allure de l'écoulement dans le même aubage dans le cas d'un fonctionnement fortement modifié, savoir dans le cas où la roue de turbine est immobilisée par freinage.
La figure 3 montre une comparaison du mode d'action d'aubes directrices courtes et longues, dans l'état d'immobi- lisation par freinage.
La figure 4 montre l'allure du moment absorbé par la roue de pompe pour un transformateur de réalisation usuelle et un transformateur suivant la présente invention.
On a désigné à la figure 1 par P l'aubage de pompe, par T l'aubage de turbine et par L l'aubage'de l'appareil direc- teur. Dans les triangles des vitesses, on a désigné par u la vitesse périphérique, par w la vitesse relative et par e la vitesse absolue, l'indice 1 se rapportant à l'entrée de la pompe, l'indice 2 à la sortie de la pompe ou à l'entrée de la,turbine, l'indice 3 à la sortie de la turbine ou à l'entrée dans la roue directrice et l'indice 4 à la sortie de la roue directrice. On a désigné par 1 la longueur d'aube de la couronne d'aubes directrices principales L1 et par t l'espacement des aubes dans celle-ci. '
Le liquide arrive avec la vitesse absolue cl de l'appa- reil directeur L à l'aubage P.
En même temps que la vitesse périphérique u1, on obtient une vitesse relative w1 dans la direction de laquelle les arêtes d'entrée des aubes de pompe sont placées. De la roue de pompe, le liquide s'écoule avec la vitesse absolue c2, ce qui donne en combinaison avec la vitesse périphérique u2 de la roue de turbine la direction d'arrivée w2 à. l'aubagè de turbine. De la roue de turbine
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le courant sort avec la vitesse absolue c3 et s'écoule dans cette direction vers la couronne d'aubes directrices princi- pales L1 qui fait dévier le courant dans la direction c4 sui-. vant laquelle le liquide doit arriver de nouveau à la roue de pompe. Comme le courant n'est pas dévié dans l'appareil directeur postérieur L2 pour l'état normal de fonctionnement représenté, on a c4 = c1.
La seconde couronne d'aubes direc- trices L2 est dans ce cas décalée par rapport aux aubes de la couronne L1 de telle manière que ses aubes se trouvent entre les aubes de celle-ci. L'espace sans aube entre les deux couronnes est ici un peu plus petit que l'écartement des aubes. On a représenté également sur la figure la mesure connue de l'exagération angulaire dans les aubes L1 de la roue directrice. On peut voir que la direction effective de sortie c4 s'écarte quelque peu de la direction de la sortie des aubes représentée en traits de chainette.
La figure 2 montre l'allure de l'écoulement pour le cas où le nombre de tours de la turbine est nul. Dans ce cas, la vitesse relative w3 est égale, en grandeur et en direction, à la vitesse absolue c3. On voit que dans ce cas, les aubes' directrices L1 sont très mal attaquées par le courant, ce qui conduit à la formation d'un coussin de tourbillonnement au dos des aubes. Ce coussin fait dévier l'écoulement dans une mesure considérable. Les tourbillons se perdent dans l'espace sans aube entre les deux couronnes d'aubes L1 et L2 et le courant est de nouveau dirigé par les aubes L2 de tel- le manière qu'il arrive aux aubes de la pompe dans la direc- tion désirée ci*
On a représenté encore en traits interrompus pour une des aubes directrices l'écoulement dans le cas de nombres de tours secondaires très élevés.
On peut reconnaitre pour ceux- ci également l'effet de redressement des aubes directrices
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postérieures.
La figure 3 montre côte à côte des aubes directrices longues et courtes pour un même espacement des aubes, c'est- à-dire pour un rapport différent de la longueur d'aube à l'écartement des aubes. On peut voir à la figure que dans le cas de longues aubes également, le coussin de tourbillonne- ment s'étend au dos des aubes jusqu'à l'extrémité de l'aube et que par conséquent même pour- ces longues aubes directri- ces, le liquide sort encore avec un écart angulaire négatif.
La figure 4 montre, reporté au-dessus du,rapport des nom- bres de tours n2 n1 comme abscisses, le moment M1 absorbé par le transformateur à écoulement, c'est-à-dire par la pom- pe en cas de nombres de tours constants n1 de la pompe, la courbe en traits interrompus 1 étant valable pour un trans- formateur usuel et la ligne en traits pleins 2 pour un trans- . formateur établi suivant les enseignements de la présente in- vention.
Tandis que suivant la courbe 1*le moment absorbé s'écar- te fortement de la valeur nominale aussi bien pour les bas nombres de tours que pour les nombres de tours élevés, le moment suivant la courbe 2 et par conséquent l9absorption de puissance du transformateur sont à peu près constants pour un nombre de tours primaire constant.