Procédé pour convertir de l'énergie hydraulique en travail utile et turbine<B>à</B> action <B>pour</B> son application. Les turbines hydraulique,-, dites turbines a action, présentent des avantages sur les turbines a réaction<B>à</B> de nombreux points de vue<B>et</B> cil particulier en ce sens qu'elles ont un bon rendement clans des conditions de<B>dé-</B> bit variable et évitent la corrosion nuisible qui se produit fréq#eininent dans les turbines <B>à</B> réaction.
Toutefois, l'application des tur bines<B>à</B> aetion a été, limitée aux installations à hauteur de chute relativement élevée en rai son de leurs nombres de tours spécifiques relativement faibles, étant donné que ces faibles nombres de tours spécifiques auginen- tent les dimensions des pièces et rendent exeessif le coût initial de l'installation en in fluençant, non seulement les turbines, mais, en outre, les génératrices ou autres machines actionnées par elles, et <B>la</B> station de force mo trice entière.
Par le terme ,turbine<B>à</B> action' on en tend une turbine dans laquelle un jet libre agit sur les aubes du rotor, l'énergie dûe <B>à</B> la hauteur de charge étant convertie en éner gie cinétique avant que l'eau pénètre dans le rotor et dans laquelle l'eau comporte des sur- fa,ces libres et exposées<B>à</B> l'air pendant son passage<B>à</B> travers le rotor.' Or la présente invention concerne'un pro <B>cédé</B> et une turbine<B>à</B> action pour convertir de l'énergie hydraulique cil travail utile -aussi bien dans le cas de chutes élevées' que de chutes moyennes,
la turbine pouvant avoir un nombre de tours spécifique élevé,'Ilii per mettant de remplacer les turbines<B>à</B> réaption dans un grand nombre d'installations dans lesquelles, selon la pratique antérieure, on il aurai it utilisé que des turbines <B>à</B> réaction.
Le procédé suivant l'invention consiste en ce<B>-</B>qu'on donne au courant d'eau la forme d'un jet annulaire libre, et interpose des aubes de rotor dans ce jet de f açon que les aubes soient soumises d'une façon continue <B>à</B> l'action dudit jet d'un bout<B>à</B> Fa-ut#e de leur révolution.
La turbine<B>à</B> action suivant l'invention comporte un rotor muni d'une série circu- laÏre d'aubes et un conduit d'amenée présen tant un orifice annulaire qui 'dirige ùn jet annulaire continu vers toutes les aubes, si_ multanément.
Diverses formes d'exécution de l'objet de l'invention sont représentées,<B>à</B> titre d'exem ple, au dessin annexé dans lequel: La fig. <B>1</B> est une coupe verticale d'une première forme d'exécution suivant la ligne (fig. la) d'une turbine<B>à</B> arbre vertical; La fig. la est un plan de la turbine<B>de</B> la fig. 1; Les fig. 2 et<B>3</B> représentent d'autres for mes d'exécution en coupe; La fig. 3a est -un plan de la turbine re présentée<B>à</B> la fig. <B>3;</B> La fig. <B>3b</B> est une coupe d'un rotor de cette turbine;
La fig. 3e est un plan du rotor; La fig. 3(l est une- coupe cylindrique des aubes du rotor suivant la ligne I-1 de la fig. <B>3b;</B> Les fig. 3e et<B>3f</B> sont respectivement des coupes coniques (lu rotor suivant les lignes 11-Il et 111-III de la fig. 3b; La fig. 4 est une coupe verticale d'une autre forme d'exécution d'une turbine munie d'un mécanisme déviaieur;
La fig. 4a est un plan représentant le dispositif déviateur de<B>la</B> fig. 4 et son mé canisme de commande; La fig. <B>5</B> est une coupe verticale d'une turbine<B>à</B> arbre horizontal; La fig. <B>6</B> est une coupe verticale d'une turbine double<B>à</B> arbre horizontal.
Dans la forme d'exécution représentée<B>à</B> la fig. <B>1,</B> le rotor<B>B</B> est muni d'un arbre verti cal<B>8</B> et d'un moyeu<B>E</B> portant les aubes B disposées entre le cercle interne<B>7</B> et l'enve loppe ou cercle externe<B>8.</B> Le passage de l'eau dans ces aubes s'effectue de haut en bas clans une direction qui, dans le cas des turbines établies pour des vitesses spécifiques très élevées, n'est inclinée que d'un angle mo déré par rapport<B>à</B> la direction axiale. Dans ces turbines<B>à</B> vitesse très élevée, les aubes sont inclinées vers l'avant, dans le sens 'de la rotation du rotor,<B>à</B> leurs bords d'entrée.
Dans les turbines<B>à</B> vitesse spécifique plus modérée, le jet est incline suivant un angle plus grand par rapport<B>à</B> la direction axiale, et les aubes sont recourbées de façon que leur direction, aux bords d'entrée, soit presque axiale, comme le montrent les fig. <B>3d à</B> 3f.
L'eau est dirigé sur les aubes<B>à</B> la façon d'un jet libre<B>J</B> ayant la forme d'une nappe d'eau annulaire contenue entre une surface interne et une surface externe de révolution et continue sur la périphérie<B>(_</B> mtière du rotor. Le jet<B>J</B> est formé par une tuyère annulaire <B>N</B> constituée par une boîte<B>9</B> passant autour de l'arbre S et présentant un orifice annu laire<B>10</B> débouchant vers le rotor<B>B.</B> Le cou rant d'eau peut être introduit dans cette boîte de toute manière désirée et, dans l'exemple particulier représenté, cette boîte a la forme ,enérale d'une,
spirale on volute dont la sec tion transversale varie autour de la eircon- férenee. Les bords de guidage extrêmes<B>11,</B> 12 de la boite font avec, l'orifice<B>1.0</B> des angles suffisants pour obliger le jet<B>J<I>à</I></B> se contrac ter cri section en aval dudit orifice par la cenvergence des lignes de courant. De cette façon, dans la section de. vitesse maximum, <B>le</B> jet est libre et n'est pas en contact avec des surfaces de guidage.
Les directions des lignes de courant du jet<B>J</B> peuvent être telles que leurs composan tes méridiennes soient parallèles<B>à</B> l'axe du rotor, inclinées vers l'intérieur ou inclinées vers l'extérieur. Dans l'un et l'autre des deux derniers cas. le jet affecte une forme géné ralement conique, au lien de la forme ap proximativement cylindrique représentée sur les figures.
Le rotor de la turbine décrite est particulièrement établi pour des vitesses de rotation spécifiques élevées, et, lorsqu'il P4 établi pour des vitesses<I>très</I> élevées, ses au bes<B>B</B> sont inclinés suivant des angles rela tivement grands par rapport et transversale ment aux lignes de courant de façon qu'un faible accroissement de mouvement déterminé du jet dans une direction faisant un angle faible avec l'axe corresponde<B>à</B> un mouvement de rotation relativement grand<B>du</B> rotor.
Les composantes de courant tangentielles du jet kn délivré sont obtenues<B>à</B> l'aide d'aubes direc trices 14,<B>16,</B> disposées dans la boîte<B>9</B> en amont de. l'orifice<B>10,</B> ces aubes présentent dans la fig. <B>1</B> la forme d'aillettes courbes ou inclinées faisant saillie sur les parois interne et externe. Quoique les composantes de cou rant tangentielles du jet libre soient en<B>géné-</B> ral modérées en grandeur, elles sont néces saires pour permettre au rotor de développer le couple désiré tout en permettant<B>à</B> l'eau de quitter le rotor dans des directions aussi rapprochées que possible de plans méridiens, c'est-à-dire de plans passant par l'axe de la turbine.
En construisant la rotor pour des vitesses circonférentielles élevées et pour un couple faible correspondant, les composantes de mouvement tangentielles du jet peuvent être maintenues<B>à</B> des valeurs modérées en comparaison des composantes axiales du courant.
On règle la turbine en faisant varier l'épaisseur du jet<B>J,</B> par exemple en augmen tant ou diminuant la section transversale de l'orifice<B>10,</B> par exemple<B>à</B> l'aide d'un plon geur annulaire P conformé de façon<B>à</B> pré senter un bord circulaire s'engageant dans l'orifice et pouvant se mouvoir de façon<B>à</B> faire varier la quantité d'eau traversant cet orifice.
Dans la, forme -d'exécution représen tée<B>à</B> la fig. <B>1,</B> le plongeur P peut être appli qué eontre les bords de l'orifice<B>10</B> de façon <B>à</B> couper complètement liadmission, ce plon geur étant actionné par plusieurs pistons<B>17</B> actionnés par du fluide sous pression et se mouvant dans des cylindres<B>18</B> montés sur la boîte<B>9,</B> ces cylindres étant reliés au plon geur par des barres<B>19.</B> Le fluide sous pres sion destiné<B>à,</B> ces pistons est contrôlé par le dispositif régulateur -de la turbine.
En -raison du mouvement giratoire com muniqué au jet par les aubes directrices in clinées 14,<B>15,</B> il faut avoir-soin de donner <B>à,</B> la tuyère une contraction suffisante pour qu'il n'y ait pas de diffusion du jet avant le point où il pénètre clans le rotor R. En par ticulier, la contraction doit être considérable <B>à la,</B> surface externe du<B>jet,</B> étant donné que le profil du jet, dans le cas d'une série de lignes droites inclinées, serait un hyperboloïde de révolution.
Le jet doit être formé de fa çon<B>à</B> se contracter en section jusqu'au mo ment où il pénètre dans le rotor<B>B.</B> E con vient que le ,cercle de gorge" de l'hyper boloïde soit situé au point d'entrée du rotor ou au-dessous de ce point et, d'autre part, que par suite de la contraction donnée au jet par la tuyère le profil du jet tombe<B>à</B> l'ex térieur de l'Uypeîboloïde et entre graduelle ment en coïncidence avec lui ou s'en approclie <B>à</B> l'entrée du rotor.
La turbine décrite est capable de pro duire des vitesses spécifiques extrêmement élevées,<B>à</B> savoir de cinq<B>à</B> dix fois plus grandes que celles réalisées jusqu'à ce jour dans les turbines<B>à</B> action, et l'on obtient en même temps des rendements élevées. Les pertes dfies- au frottement superficiel sont considérablement diminuées en comparaison d'une turbine<B>à</B> réaction, étant donné que le jet, quoique se mouvant<B>à</B> une vitesse plus élevée que celle communément usitée dans les turbines<B>à</B> réaction, c'est-à-dire<B>à</B> une vitesse correspondant, dans ce casa<B>à</B> la hauteur de charge initiale entière, n'est pas en contact avec des surfaces fixes au moment où il se meut<B>à</B> sa vitesse élevée.
La tuyère étant établie de façon que sa contraction soit con sidérable, l'eau n'atteint sa vitesse entière qu'au moment où elle s'est écartée de la sur- face de la tu- yère, et se meut alors au contact de l'air jusqu'au moment où elle pénètre dans le rotor.
Dans celui-ci, elle n'est en contact qu'avec les faces des aubes<B>B,</B> car elle est en contact avec l'air sur trois des côtés du jet lûrsque celui-ci passe<B>à</B> travers le rotor, les aubes étant formées de façon que leurs faces arrière soient, écartées du courant d'eau. On se propose d'obtenir des vitesses de rotation élevées du rotor et on aura, par conséquent, des vitesses relatives élevées entre l'eau et les aubes du rotor, mais la diminution de l'étendue de la, surface exposée<B>à</B> Peau em- jAchera la perte par frottement superficiel de devenir exagérée.
'Un (les avantages de la tui#bine <B>à</B> action décrite est que, tout en assurant les avan- ta.-es hydrauliques qui viennent d'être dé- ci-ifs, elle conserve nue des propriétés avan- tageuses de la turbine<B>à</B> action comportant des tuyères<B>à</B> pointeau<B>à</B> jet circulaire,<B>à</B> sa voir de l'emploi d'une tuyère pouvant être usinée exactement par des opérations<B>de</B> per çage et de tournage et agencée de telle façon (lue le plongeur puisse être appliqué contre ses sièges avec une pression considérable et assurer ainsi une fermeture étanche.
La fur- bine est de construction simple, capable d'être fabriquée économiquement et ne comporte qu'un petit nombre de pièces mobiles. Cette foi-me, de turbine permet d'obtenir des nom bres de tours spécifiques de<B>33,5</B> et plus, #.ons que ceci implique des facteurs quelcon ques qui rendraient impossible un rendement élevé.<B>Il</B> sera même possible d'obtenir des nombres de tours spécifiques ai-teignant <B>50</B> sans porter atteinte au rendement d'une fa- çc;n exagérée.
Ceci rend possible d'employer des turbines<B>à</B> action dans un grand nombre de lieux oit les turbines<B>à</B> réaction étaient actuellement le seul type de turbine pouvant être employé.<B>Il</B> sera fréquemment très dési rable d'employer des turbines<B>à</B> action au lieu de turbines<B>à</B> réaction pour des chutes modérées.
Dans le cas de chutes de<B>60</B> mètres, par exemple, il se, produit quelquefois une oc--rrosion dangereuse dans les turbines<B>à</B> n'action. Une des causes -principales de la (#f#rros]oII réside dans le fait que l'eau se meut à une vitesse élevée dans des conduit' s fer- niés, de sections<B>et</B> de courbures wriables. Dans des conduits de et, genre,
il existe fré quemment clés points où la vitesse locale est élevée et où la pression, d'une façon eorres- pondante est faible, et, il en résulte des cou- difions favorables<B>à.</B> la corrosion hydraulique. Dans la turbine à action, le courant est ex- I)n:,é -Û, l'atmosphère ou<B>à</B> l'air sous une pres- sinii qui ne diffère pas beaucoup de la, prés- sÀon atmosphérique et il ne se produit pas une grande, corrosion hydraulique.
Cette fur- bine est en outre avantageuse dans le cas où elle est appliquée<B>à</B> des groupes moteurs ex trêmement puissants travaillant sous de,% chutes modérées, par exemple dans<B>le</B> cas de chutes comprises entre<B>150</B> et<B>300</B> mètres et de groupes moteurs voisins de<B>50,000</B> HP. Dans ces conditions, les turbines<B>à</B> action an térieures ont des nombres de tours spécifi ques trop faibles pour pouvoir être utilisées, étant donné que la vitesse réelle serait si faible qu'elle exigerait une installation très coriteuse. Dans les mêmes conditions,
on em ploie communément des turbines<B>à</B> réaction niais celles-ci présentent des inconvénients dans un grand nombre de cas en raison de la corrosion, de l'usure rapide et<B>de</B> la perte de rendement qui résulte de l'accroisse ment des fuites pendant la durée de la tur bine.
Dans la forme d'exécution représentée<B>à</B> la fig. 2, le plongeur P' est constitué par un anneau creux comportant un coin annulaire 20 se mouvant de façon<B>à</B> régler l'admission par l'orifice<B>10.</B> Le corps du plongeur forme un piston annulaire s'adaptant entre les pa rois 21,<B>-92</B> du cylindre constitué par la boîte, ce piston étant aetionné par une pression de fluide régnant dans l'espace situé au-dessus de lui. Une capacité de cylindre seconda-ire <B>26</B> est prévue pour faciliter l'ouverture du plongeur.
Lorsqu'on admet<B>du</B> fluide sous pression dans cette capacité, ce fluide agit sur le rebord externe<B>27 du</B> plongeur P' et son action s'ajoute<B>à</B> la force ascendante exer cée par l'eau sur la, face inférieure du plon geur. La hauteur de l'assemblage coulissant prévu entre le plongeur et les rebords peut être faite aussi élevée qu'il est désirable pour éviter que le plongeur s'incline ou se coince. Des aubes directrices 9-4,<B>25</B> s'étendent de la boîte aux parois 21, 22 transversalement aux lignes de courant et communiquent le mou- veinent giratoire désiré, au jet.
Dans la fig. <B>3,</B> la boîte<B>29</B> présente un orifice<B>M</B> dirigé radialement vers l'intérieur et en travers duquel se meut un plongeur P2 dont l'e-.##trémité inférieure<B>31</B> est recour bée de façon<B>à</B> faire tourner le jet pour le diriger axialement; vers le rotor R placé au- dessous. Le mouvement axial du plongeur P2 a pour effet de faire varier la section de l'orifice<B>30</B> et, par suite, la section du jet, qui continue<B>à</B> formet une nappe d'eau cir culaire et varie simplement d'épaisseur.
Le plongeur P' s'adapte par sa partie supérieure <B>32 à</B> l'intérieur d'une chambre 33 de façon. qu'il soit contrôlé par du fluide sous pression., Dans l'un et l'autre exemples des fig. <B>-9</B> et<B>3,</B> le mouvement ascendant du plongeur peut être<B>dû à</B> la pression exercée par Peau.sur la face du plongeur, la pression exercée au- dessus étant supprimée et, dans le but<B>d'é-</B> carter initialement<B>le</B> plongeur de son siège, ce plongeur peut être établi de façon que, lorsqu'il est fermé, il se prolonge au delà de son siège 34.
Comme représentë, on peut encore prévoir une capacité secondaire<B>35</B> pour obtenir ou augmenter la force ascen sionnelle nécessaire.
Dans les fig. <B>3 à 3f,</B> on a représenté une forme de rotor comportant des aubes B pro pres<B>à</B> être utilisées dans une turbine du genre décrit. Si l'on désirait une vitesse spéci fique extrêmement élevée, on modifierait la forme des sections d'aubes représentées dans les fig. 3(l <B>à</B> 3f cri inclinant les bords d'en trée vers l'avant, dans le sens de la rotation.
Lorsque le réglage de la turbine par lit contraction du courant est susceptible de don ner lieu<B>à</B> des variations de pression exagérées <B>à</B> cause des variations brusques de la charge, on peut prévoir un dispositif déviateur ser vant<B>à</B> détourner temporairement une partie du jet. Les fig. 4 et 4a représentent la tur bine munie d'un dispositif déviateur annu laire<B>D</B> comprenant un anneau<B>d</B> qui peut être déplacé axialement et introduit dans<B>le</B> jet dans le but de faire dévier une nappe d'eau annulaire et de lui faire contourner le rotor.
Dans le cas de variations. de charge brusques, le dispositif déviateur agirait tem porairement de façon<B>à</B> régler l'admission au rotor, l'action de ce dispositif étant suivie du réglage du plongeur<B>à</B> mouvement plus lent. Dans la forme d'exécution particulière représentée, l'organe déviaieur <B>d</B> est supporté par un anneau 40<B>à</B> l'aide de nervures d'en- tretoisement 41, et l'anneau 40 est actionné par le cylindre<B>à</B> fluide comprimé 42 et le mécanisme de transmission représenté. L'an- neau 40 est guidé par des<B>goujons</B> verticaux 43 qui sont portés par la boîte de la turbine.
Au lieu d'un organe déviateur, la turbine peut être munie d'une valve de décharge ou d'une tuyère<B>à</B> communication directe sà-Pa,- rée, reliée, au canal d'amenée ou<B>à</B> la boîte.
Dans la fig. <B>5</B> est représentée une turbine <B>à</B> arbre horizontal, l'eau pénétrant par la base dans la boîte d'admission 49 en forme de volute, passant<B>à</B> travers le rotor e et étant reçue par la boîte d'évacuation<B>52</B> et conduite vers le bas<B>à</B> travers le plancher de la station. L'arbre horizontal<B>S'</B> est sup porté par des paliers<B>50, 51,</B> l'un d'eux,<B>50,</B> étant un palier de butée destiné<B>à</B> supporter la composante axiale de l'impulsion du jet. La boîte d'évacuation<B>52</B> a la forme d'une spirale double, Yeau sortant du rotor étant entraînée dans des directions approximative ment tangentielles par deux surfaces héli coïdales qui se développent dans. la direction axiale.
Les deux spirales ou hélicoidales s'étendent depuis une arête séparatrice en forme de coin<B>53</B> disposée verticalement au- dessus de l'axe de la turbine et délivrent l'eau vers le -bas<B>à</B> un conduit 54 prévu dans la fondation. La fig. <B>6</B> représente une turbine<B>à</B> arbre liorizonial 12 comportant une boîte com mune<B>59</B> délivrant des jets annulaires dans des directions opposées<B>à</B> deux rotors R' dis posés symétriquement. Deux boîtes d'éva cuation<B>62,</B> similaires<B>à</B> celle de la fig. <B>5,</B> reçoivent l'eau sortant du rotor.
Les pous sées axiales des deux rotors sont équilibrées, ce qui constitue un avantage de la turbine <B>à</B> arbre horizontal en ce sens qu'on évite ainsi la nécessité de prévoir un palier de bu tée de grandes dimensions.
Dans les conditions usuelles, la turbine décrite est établie pour un jet d'une épaisseur égale environ au dixième de son rayon ex terne mais, dans le cas de nombres<B>-</B> de tours spécifiques très élevées, la turbine sera éta blie pour une épaisseur de jet atteignant le quart et même le tiers du rayon e:kterne <B>du</B> jet.
Dans la turbine<B>à</B> injection du genre<B>dé-</B> crit l'admission<B>à</B> toutes les aubes du rotor cst obtenue et réglée d'une façon continue par un jet unique et un dispositif de réglage <B>à</B> plongeur unique, qui accomplissent ainsi le travail d'un certain nombre (le jets et des dispositifs de réglage correspondants usuels des turbines<B>à</B> action coniries, dans lesquelles les jets agissaient tout au plus sur les aubes du rotor pendant une faible partie de leur mouvement. On évite ainsi la perte résul tant de la course<B>à</B> vide des aubes.
La tur bine décrite est en outre avantageuse en rai- son-de sa construction simple et compacte et de ]!obtention d'un nombre de tours spéci fique considérablement augmenté, permettant de diminuer les dimensions de l'installation entière et, par suite, le coût de cette installa tion pour une production de puissance donnée.
Process for converting hydraulic energy into useful work and turbine <B> to </B> action <B> for </B> its application. Hydraulic turbines, -, called action turbines, have advantages over reaction turbines <B> from </B> from many points of view <B> and </B> in particular in that they have a good performance under variable flow conditions and avoids the harmful corrosion which frequently occurs in <B> <B> reaction </B> turbines.
However, the application of <B> to </B> aetion turbines has been limited to installations with a relatively high head due to their relatively low specific number of turns, since these low numbers of specific turns increase the dimensions of the parts and make the initial cost of the installation excessive by influencing, not only the turbines, but, in addition, the generators or other machines operated by them, and <B> the </B> station full driving force.
By the term, turbine <B> with </B> action 'we tend a turbine in which a free jet acts on the blades of the rotor, the energy due <B> to </B> the height of load being converted in kinetic energy before the water enters the rotor and in which the water contains surfaces, these free and exposed <B> to </B> the air during its passage <B> to </ B > through the rotor. ' Now the present invention relates to a <B> assigned </B> process and a <B> to </B> action turbine for converting hydraulic energy to the useful work - both in the case of high falls' and of medium falls,
since the turbine can have a high specific number of revolutions, 'Ilii making it possible to replace the <B> to </B> refurbishment turbines in a large number of installations in which, according to previous practice, it would have been used only <B> reaction </B> turbines.
The method according to the invention consists in <B> - </B> that the water stream is given the form of a free annular jet, and rotor blades are interposed in this jet so that the blades be subjected in a continuous way <B> to </B> the action of said throw from one end <B> to </B> Fa-ut # e of their revolution.
The <B> action </B> turbine according to the invention comprises a rotor provided with a circular series of vanes and a supply duct having an annular orifice which directs a continuous annular jet towards all the blades. vanes, si_ multaneously.
Various embodiments of the object of the invention are shown, <B> to </B> by way of example, in the appended drawing in which: FIG. <B> 1 </B> is a vertical section of a first embodiment along the line (fig. La) of a turbine <B> with </B> vertical shaft; Fig. 1a is a plan of the turbine <B> of </B> in fig. 1; Figs. 2 and <B> 3 </B> represent other forms of execution in section; Fig. 3a is a plan of the turbine shown <B> in </B> in fig. <B> 3; </B> Fig. <B> 3b </B> is a section of a rotor of this turbine;
Fig. 3rd is a plan of the rotor; Fig. 3 (there is a cylindrical section of the rotor blades taken along the line I-1 of fig. <B> 3b; </B> Fig. 3e and <B> 3f </B> are respectively conical sections ( the rotor taken along lines 11-II and 111-III of Fig. 3b; Fig. 4 is a vertical section of another embodiment of a turbine provided with a deflector mechanism;
Fig. 4a is a plan showing the deflector device of <B> the </B> fig. 4 and its control mechanism; Fig. <B> 5 </B> is a vertical section of a <B> </B> horizontal shaft turbine; Fig. <B> 6 </B> is a vertical cross section of a <B> </B> horizontal shaft double turbine.
In the embodiment shown <B> to </B> in fig. <B> 1, </B> the rotor <B> B </B> is fitted with a verti cal <B> 8 </B> shaft and a <B> E </B> hub bearing the vanes B arranged between the inner circle <B> 7 </B> and the casing or outer circle <B> 8. </B> The passage of water through these vanes takes place from top to bottom in a direction which, in the case of turbines established for very high specific speeds, is inclined only at a moderate angle to <B> to </B> the axial direction. In these very high speed <B> </B> turbines, the blades are inclined forward, in the direction of rotation of the rotor, <B> at </B> their inlet edges.
In turbines <B> at </B> more moderate specific speed, the jet is inclined at a greater angle with respect to <B> </B> the axial direction, and the blades are curved so that their direction, at the entry edges, or almost axial, as shown in fig. <B> 3d to </B> 3f.
The water is directed over the vanes <B> à </B> in the manner of a free jet <B> J </B> having the form of an annular sheet of water contained between an internal surface and a surface external of revolution and continuous on the periphery <B> (_ </B> material of the rotor. The jet <B> J </B> is formed by an annular nozzle <B> N </B> consisting of a box < B> 9 </B> passing around the shaft S and having an annular hole <B> 10 </B> opening towards the rotor <B> B. </B> The water flow can be introduced in this box in any way desired and, in the particular example shown, this box has the shape, generally of a,
spiral or volute, the cross section of which varies around the circumference. The extreme guide edges <B> 11, </B> 12 of the box make with the orifice <B> 1.0 </B> sufficient angles to force the jet <B> J <I> to </ I > </B> contrac ter cry section downstream of said orifice by the convergence of the current lines. In this way, in the section of. maximum speed, <B> the </B> jet is free and is not in contact with guide surfaces.
The directions of the streamlines of the <B> J </B> jet may be such that their meridian components are parallel <B> to </B> the axis of the rotor, inclined inward or inclined towards the outside. In either of the last two cases. the jet has a generally conical shape, at the link of the approximately cylindrical shape shown in the figures.
The described turbine rotor is particularly established for high specific rotational speeds, and, when P4 is established for <I> very </I> high speeds, its sides are tilted to <B> B </B>. at relatively large angles with respect to and transverse to the streamlines so that a small determined increase in motion of the jet in a direction making a small angle with the axis corresponds <B> to </B> a movement of relatively large <B> rotor </B> rotation.
The tangential current components of the delivered kn jet are obtained <B> with </B> the aid of directional vanes 14, <B> 16, </B> arranged in the box <B> 9 </B> upstream. the orifice <B> 10, </B> these vanes present in fig. <B> 1 </B> the shape of curved or inclined fins protruding from the internal and external walls. Although the tangential current components of the free jet are generally <B> </B> moderate in size, they are necessary to allow the rotor to develop the desired torque while allowing <B> to </B> the water to leave the rotor in directions as close as possible to meridian planes, that is to say planes passing through the axis of the turbine.
By building the rotor for high circumferential velocities and corresponding low torque, the tangential motion components of the jet can be kept <B> at </B> moderate values compared to the axial components of the current.
The turbine is adjusted by varying the thickness of the jet <B> J, </B> for example by increasing or decreasing the cross section of the orifice <B> 10, </B> for example <B> to </B> using an annular plunger P shaped so <B> to </B> present a circular edge which engages in the orifice and can move so <B> to </ B > vary the quantity of water passing through this orifice.
In the embodiment shown <B> in </B> in fig. <B> 1, </B> the plunger P can be applied against the edges of the orifice <B> 10 </B> so as <B> to </B> completely cut off the inlet, this plunger being actuated by several pistons <B> 17 </B> actuated by pressurized fluid and moving in cylinders <B> 18 </B> mounted on the box <B> 9, </B> these cylinders being connected to the plon Bar geur <B> 19. </B> The fluid under pressure intended <B> for, </B> these pistons is controlled by the regulating device -of the turbine.
Due to the gyratory movement communicated to the jet by the inclined guide vanes 14, <B> 15, </B> care must be taken to <B> to, </B> the nozzle a sufficient contraction so that 'there is no diffusion of the jet before the point where it enters the rotor R. In particular, the contraction must be considerable <B> at the, </B> outer surface of the <B> jet, < / B> given that the profile of the jet, in the case of a series of inclined straight lines, would be a hyperboloid of revolution.
The jet must be formed so <B> to </B> contract in section until it enters the rotor <B> B. </B> It is agreed that the, throat circle " of the hyper boloid is located at the entry point of the rotor or below this point and, on the other hand, that as a result of the contraction given to the jet by the nozzle the profile of the jet falls <B> to < / B> the exterior of the uypeiboloid and gradually comes into coincidence with it or appends to it <B> at </B> the entry of the rotor.
The described turbine is capable of producing extremely high specific speeds, <B> namely </B> five <B> to </B> ten times greater than those achieved to date in turbines <B > to </B> action, and at the same time high returns are obtained. The losses to surface friction are considerably reduced compared to a <B> reaction </B> turbine, since the jet, although moving <B> at </B> a higher speed than that commonly used in <B> reaction </B> turbines, that is to say <B> at </B> a corresponding speed, in this case <B> at </B> the entire initial load height , is not in contact with fixed surfaces while it is moving <B> at </B> its high speed.
The nozzle being established so that its contraction is considerable, the water does not reach its full speed until the moment when it has moved away from the surface of the tube, and then moves in contact with air until it enters the rotor.
In this one, it is in contact only with the faces of the blades <B> B, </B> because it is in contact with the air on three of the sides of the jet when the latter passes <B> through the rotor, the vanes being formed so that their rear faces are spaced from the stream of water. It is proposed to obtain high rotational speeds of the rotor and, consequently, there will be high relative speeds between the water and the rotor blades, but the decrease in the extent of the exposed surface <B> to </B> Skin Will prevent surface friction loss from becoming exaggerated.
'One (the advantages of the # bine <B> with </B> action described is that, while ensuring the hydraulic advantages just described, it retains bare properties advan- tages of the <B> to </B> action turbine comprising <B> to </B> needle <B> to </B> circular jet nozzles, <B> to </B> its see from l use of a nozzle which can be machined exactly by <B> </B> drilling and turning operations and arranged in such a way (since the plunger can be pressed against its seats with considerable pressure and thus ensure a waterproof.
The furbin is simple in construction, capable of being manufactured economically, and has only a small number of moving parts. This faith-me, turbine allows to obtain specific number of turns of <B> 33.5 </B> and more, # .we this involves any factors which would make a high efficiency impossible. <B > It will </B> even be possible to obtain specific numbers of turns up to <B> 50 </B> without compromising the efficiency in an exaggerated way.
This makes it possible to employ <B> running </B> turbines in a large number of places where <B> </B> reaction turbines were currently the only type of turbine that could be used. <B> It </B> will frequently be very desirable to employ <B> action </B> turbines instead of <B> </B> reaction turbines for moderate falls.
In the case of drops of <B> 60 </B> meters, for example, dangerous oc - rosion sometimes occurs in the <B> </B> non-acting turbines. One of the main causes of (# f # rros] oII lies in the fact that water moves at a high speed in closed conduits, of sections <B> and </B> of wriable curvatures. In conduits of and, kind,
There are frequently key points where the local velocity is high and the pressure correspondingly low, and this results in favorable couplings <B> to. </B> hydraulic corrosion. In the impulse turbine, the current is ex- I) n:, é -Û, the atmosphere or <B> to </B> air under a pres- sinii which does not differ much from the pres- it is atmospheric and no major hydraulic corrosion occurs.
This furbin is moreover advantageous in the case where it is applied <B> to </B> extremely powerful motor groups working under.% Moderate falls, for example in <B> the </B> case of. falls between <B> 150 </B> and <B> 300 </B> meters and from neighboring motors of <B> 50,000 </B> HP. Under these conditions, earlier <B> </B> action turbines have specifi c numbers of turns too low to be used, since the actual speed would be so low that it would require very laborious installation. Under the same conditions,
<B> reaction </B> turbines are commonly used, but these have drawbacks in a large number of cases due to corrosion, rapid wear and <B> </B> loss efficiency which results from the increase in leaks during the life of the turbine.
In the embodiment shown <B> to </B> in fig. 2, the plunger P 'is constituted by a hollow ring comprising an annular wedge 20 moving so as <B> to </B> adjust the admission through the orifice <B> 10. </B> The body of the plunger forms an annular piston which fits between the walls 21, <B> -92 </B> of the cylinder constituted by the box, this piston being aeturé by a fluid pressure prevailing in the space situated above it. A <B> 26 </B> secondary cylinder capacity is provided to facilitate opening of the plunger.
When <B> </B> fluid under pressure is admitted in this capacity, this fluid acts on the outer rim <B> 27 of </B> plunger P 'and its action is added <B> to </ B> the upward force exerted by the water on the underside of the plunger. The height of the sliding assembly provided between the plunger and the flanges can be made as high as desired to prevent the plunger from tipping or getting stuck. Guide vanes 9-4, <B> 25 </B> extend from the box to the walls 21, 22 transversely to the streamlines and communicate the desired gyratory movement to the jet.
In fig. <B> 3, </B> the box <B> 29 </B> has an orifice <B> M </B> directed radially inward and through which moves a plunger P2 whose e- . ## lower end <B> 31 </B> is curved so <B> to </B> rotate the jet to direct it axially; towards the rotor R placed below. The axial movement of the plunger P2 has the effect of varying the section of the orifice <B> 30 </B> and, consequently, the section of the jet, which continues <B> to </B> and forms a sheet of circular water and simply varies in thickness.
The plunger P 'adapts by its upper part <B> 32 to </B> the interior of a chamber 33 so. that it is controlled by pressurized fluid., In both examples of FIGS. <B> -9 </B> and <B> 3, </B> the upward movement of the diver may be <B> due </B> to the pressure exerted by the water on the diver's face, the pressure exerted above being removed and, for the purpose of <B> removing </B> the plunger initially <B> </B> from its seat, that plunger can be established so that, when closed , it extends beyond its seat 34.
As shown, it is also possible to provide a secondary capacity <B> 35 </B> to obtain or increase the necessary lifting force.
In fig. <B> 3 to 3f, </B> there is shown a form of rotor comprising blades B suitable for <B> to </B> being used in a turbine of the type described. If an extremely high specific speed was desired, the shape of the blade sections shown in FIGS. 3 (1 <B> to </B> 3f cry tilting the inlet edges forward, in the direction of rotation.
When the adjustment of the turbine by bed contraction of the current is liable to give rise to <B> to </B> exaggerated pressure variations <B> to </B> because of abrupt variations in the load, a deflector device serving <B> to </B> temporarily divert part of the jet. Figs. 4 and 4a show the turbine fitted with an annular deflector device <B> D </B> comprising a ring <B> d </B> which can be moved axially and introduced into <B> the </B> jet with the aim of deflecting an annular sheet of water and causing it to bypass the rotor.
In the case of variations. of sudden loads, the diverter device would act temporarily to <B> to </B> adjust the admission to the rotor, the action of this device being followed by the adjustment of the plunger <B> to </B> slower movement . In the particular embodiment shown, the deflector member <B> d </B> is supported by a ring 40 <B> with </B> the aid of bracing ribs 41, and the ring 40 is actuated by the <B> to </B> compressed fluid cylinder 42 and the transmission mechanism shown. The ring 40 is guided by vertical <B> studs </B> 43 which are carried by the turbine housing.
Instead of a diverter, the turbine can be fitted with a discharge valve or a nozzle <B> with </B> direct communication sà-Pa, - connected, connected, to the inlet channel or < B> to </B> the box.
In fig. <B> 5 </B> is shown a turbine <B> with </B> horizontal shaft, the water entering through the base into the volute-shaped intake box 49, passing <B> to </ B > through rotor e and being received by discharge box <B> 52 </B> and conducted downward <B> to </B> through the floor of the station. The horizontal shaft <B> S '</B> is supported by bearings <B> 50, 51, </B> one of them, <B> 50, </B> being a bearing of stop intended <B> to </B> withstand the axial component of the jet impulse. The discharge box <B> 52 </B> is in the form of a double spiral, the water exiting the rotor being entrained in approximately tangential directions by two helical surfaces which develop therein. the axial direction.
The two spirals or helicals extend from a wedge-shaped dividing ridge <B> 53 </B> arranged vertically above the axis of the turbine and deliver the water downward <B> to < / B> a duct 54 provided in the foundation. Fig. <B> 6 </B> represents a turbine <B> with </B> liorizonial shaft 12 comprising a common box <B> 59 </B> delivering annular jets in opposite directions <B> to </ B > two rotors R 'arranged symmetrically. Two evacuation boxes <B> 62, </B> similar <B> to </B> that of fig. <B> 5, </B> receive the water leaving the rotor.
The axial thrusts of the two rotors are balanced, which constitutes an advantage of the horizontal shaft turbine in that it avoids the need to provide a large thrust bearing.
Under usual conditions, the turbine described is established for a jet of a thickness equal to approximately one tenth of its external radius but, in the case of very high numbers of <B> - </B> specific revolutions, the turbine will be established for a jet thickness of up to a quarter and even a third of the radius e: kterne <B> du </B> jet.
In the <B> injection </B> turbine of the <B> </B> type describes the admission <B> to </B> all the blades of the rotor cst obtained and continuously regulated by a single jet and a single plunger <B> </B> regulator, which thus accomplish the work of a number (the jets and corresponding regulators customary for <B> </B> action turbines Coniries, in which the jets acted at most on the rotor blades during a small part of their movement, thus avoiding the loss resulting from the empty stroke of the blades.
The turbine described is furthermore advantageous on account of its simple and compact construction and of obtaining a specific number of revolutions considerably increased, making it possible to reduce the dimensions of the entire installation and, consequently, the cost of this installation for a given power production.