Injecteur de fluide à débit réglable. Les injecteurs de fluide à débit réglable utilisés, par exemple, dans les turbines hy drauliques à impulsion, comportent générale ment une tuyère dont la position est fige dans l'espace, munie d'un pointeau à position réglable. D'une manière générale, le poin teau est monté à l'extrémité d'une tige placée dans l'axe de l'injecteur. Cette tige est actionnée par un organe moteur constitué soit par un servomoteur mû par un fluide sous pression, soit par un dispositif mécanique mû à la main ou par un moteur électrique.
L'organe moteur est généralement, pour des raisons d'accessibilité, situé à l'extérieur de l'injecteur, en sorte que l'organe de liaison reliant ledit moteur au pointeau mobile situé à l'intérieur de l'injecteur doit obligatoire ment traverser la paroi de l'injecteur.
Selon la construction la plus courante, l'injecteur présente un coude et l'organe mo teur est placé dans l'axe même du pointeau. Dans ce cas, la liaison mécanique entre organe moteur et pointeau est constituée par une tige rigide coulissant dans un dispositif d'étan- chéité qui traverse la paroi de l'injecteur à l'endroit de son coude.
Ce coude que cette construction implique est cependant le siège de remous et la cause d'une dissymétrie dans l'écoulement des filets liquides qui peuvent nuire à la qualité du jet et donc au rendement de la turbine.
On a cherché à atténuer les effets pertur bateurs causés par ce coude en donnant à ce dernier un grand rayon de courbure et en l'éloignant autant que possible de la tuyère.
On a aussi cherché à supprimer les incon- vénients inhérents au coude en prévoyant un injecteur à axe rectiligne dont la conduite d'amenée d'eau se bifurque en deux branches symétriques qui se rejoignent à nouveau en amont de la tuyère, de manière à permettre de disposer l'organe moteur dans l'anse ou espace ménagé entre les deux branches de la conduite et d'axer celui-ci sur le pointeau auquel il est relié par une tige rigide, comme dans les constructions comportant un injec teur coudé.
L'amélioration de l'écoulement obtenue grâce à cette construction n'est tou- tefois pas complète, puisque les filets d'eau sont tout de même déviés de l'axe de la tuyère.
On a enfin cherché à éviter complètement la déviation des filets liquides en prévoyant des injecteurs rectilignes (donc sans coudes ni bifurcations), dans lesquels le pointeau mobile est rendu solidaire d'un élément tubu laire, ayant approximativement le même dia mètre intérieur que l'injecteur sur lequel il est centré, au moyen d'un jeu d'ailettes ra diales, dites de guidage. L'organe moteur est dans ce cas relié à deux points extérieurs de l'élément tubulaire.
Dans une variante de cette construction, le pointeau coulisse dans un corps tubulaire rendu solidaire de l'injecteur par des ailettes, et il est actionné au moyen d'une traverse diamétrale disposée à l'intérieur d'un évide ment prévu à cet effet dans deux ailettes de guidage diamétralement opposées. L'organe moteur est alors relié aux extrémités de la traverse.
Les constructions décrites en dernier lieu sont, du point de vue hydraulique, les plus favorables. En effet, les filets liquides ne subissant aucune déviation notable dans l'in jecteur avant d'atteindre la tuyère, l'écoule ment s'effectue sans remous ni perturba tions. Toutefois, ces constructions, comme toutes celles décrites ci-dessus, sont d'une réalisation relativement compliquée, par le fait que l'on cherche à commander un organe mobile situé à l'intérieur de l'injecteur par un organe moteur situé à l'extérieur de l'in jecteur.
La présente invention a pour objet un injecteur de fluide à débit réglable compor tant un pointeau et une tuyère, et dans lequel les défauts et complications constructives auxquels il est fait allusion ci-dessus sont évités par le fait que le pointeau est fixe, tandis que la tuyère est mobile axialement, de manière à permettre le réglage du débit de l'injecteur par la commande des déplacements de cette tuyère.
Le- dessin annexé montre, schématique- ment et à titre d'exemples, quelques formes d'exécution de l'injecteur à débit réglable.
La fig. 1 est une vue en coupe axiale d'une première forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue en coupe- axiale d'une seconde forme d'exécution.
La fig. 3 est une vue en coupe axiale d'une troisième forme d'exécution.
La fig. 4 est une vue en coupe axiale d'une quatrième forme d'exécution.
La fig. 5 est une vue en coupe axiale plus détaillée d'une variante d'exécution selon la fig. 3.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 1, l'injecteur comprend un élément tubulaire rectiligne fixe 1 et un pointeau 2 rendu solidaire de l'élément tubulaire fixe 1 au moyen d'ailettes de guidage radiales 3. La tuyère mobile 4 coulisse par sa partie postérieure cylindrique sur l'extrémité anté rieure ou aval de l'élément tubulaire fixe 1. Les déplacements axiaux de cette tuyère sont commandés par un organe moteur, constitué par des servomoteurs 5.
Une deuxième forme de réalisation est re présentée schématiquement sur la fig. 2, dans laquelle l'organe moteur commandant les déplacements axiaux de la tuyère mobile est constitué par un mécanisme de commande manuel.
Une troisième forme de réalisation est re présentée schématiquement sur la fig. 3, dans laquelle l'organe moteur est constitué par un servomoteur annulaire enveloppant l'injec teur et dont le piston 9 est solidaire de la tuyère 4. Dans cette troisième forme de réali sation, deux cas peuvent être envisagés pour réaliser la commande des déplacements axiaux de la tuyère par le servomoteur annulaire.
Dans le premier cas, l'effort tendant à ouvrir l'injecteur est fourni par la poussée que l'eau traversant l'injecteur exerce sur la tuyère 4. La fermeture est alors obtenue en mettant un cylindre annulaire aval 6 soue pression. Dans ce cas, la face amont du piston 9 se déplace dans un cylindre amont 7 mis à l'échappement de façon permanente. Dans le deuxième cas, on peut désirer que l'injecteur ait tendance à. se fermer.
Dans ce cas, le cylindre annulaire aval 6 est mis en communication avec une pression constante provenant d'une source de fluide (non repré sentée) et ses dimensions sont choisies de ma nière que la poussée de fermeture exercée par cette pression constante soit plus élevée que la poussée exercée par la pression d'eau sur la tuyère 4. L'ouverture de l'injecteur est obtenue alors en mettant le cylindre annu laire amont 7 sous pression.
Dans les installations hydrauliques à haute chute dans lesquelles la poussée de l'eau sur la tuyère 4 peut atteindre des va leurs très élevées, il peut être avantageux d'équilibrer cette poussée partiellement, c'est-à-dire de conserver à la tuyère une tendance à l'ouverture tout en réduisant l'effort que doit fournir l'organe moteur pour déplacer la tuyère dans le sens de la ferme ture de l'injecteur. Cet équilibrage partiel peut être réalisé soit au moyen d'un ressort, soit au moyen d'un cylindre aval mis sous une pression constante exerçant une poussée sur le piston 9 tendant à le déplacer dans le sens d'une fermeture de l'orifice de l'injecteur.
La fig. 4 montre une forme d'exécution de ce dernier cas. L'équilibrage partiel de la poussée exercée sur la tuyère par la pression d'eau est obtenu soit en mettant le cylindre annulaire aval 6' sous pression constante, soit au moyen d'un ressort 8 travaillant à la compression. Les déplacements de la tuyère dans le sens de la fermeture de l'injecteur sont commandés en mettant sous pression le second cylindre annulaire aval 6.
L'équilibrage partiel de la poussée d'ou verture due à la pression de l'eau sur la tuyère peut également être appliqué aux formes d'exécution représentées sur les fig. 1, 2 et 3.
Les servomoteurs de commande repré sentés sur les fig. 1, 3 et 4 peuvent être dou blés dans chaque cas d'un dispositif de com mande mécanique mû à la main ou par mo teur électrique, ce dernier dispositif pouvant être embrayé et débrayé à volonté, soit utilisé pour limiter l'ouverture maxima ou la fer meture de l'injecteur.
Dans la variante d'exécution de la fig. 5, l'injecteur comporte un élément tubulaire rec tiligne fixe 1. Cet élément est relié rigide ment à la conduite d'amenée de fluide dont seule l'extrémité est représentée et est dis posé de préférence dans le prolongement de l'axe de cette conduite, de manière à éviter toute déviation des filets du courant du fluide. Un pointeau 2 est figé dans l'élément tubulaire 1 au moyen d'ailettes radiales pro filées 3. La tuyère mobile 4 est montée sur l'extrémité aval de l'élément tubulaire 1 et coulisse le long de la paroi extérieure de ce dernier.
Sur son extrémité amont, la tuyère 4 comporte une collerette 10, sur laquelle est fixée une pièce de guidage annulaire 11 cou lissant également sur la paroi extérieure de l'élément tubulaire 1 et servant en outre de piston du servomoteur de commande de la tuyère. Ce piston 11 présente deux évide ments 12 et 13 qui communiquent par des canaux 14 et 15 avec des chambres annu laires 16 et 17 pratiquées dans sa paroi inté rieure. L'élément tubulaire 1 présente une bride 18, sur laquelle est fixé un - cylindre 19, dans lequel coulisse le piston 11. L'extré mité libre de ce cylindre 19 porte une bague 20, dans laquelle coulisse la tuyère 4.
Des organes d'étanchéité 21, 22 sont montés dans les parois intérieure et extérieure de la colle rette 10, afin d'aveugler les joints entre cette dernière et l'élément tubulaire 1, d'une part, et le cylindre 19, d'autre part. Un organe d'étanchéité 23 est également prévu dans la paroi interne de la bague 20, afin d'aveu gler le joint entre cette dernière et la tuyère 4. Une chambre annulaire aval 24 est ména gée entre la collerette 10 et la bague 20. Cette chambre est reliée par une conduite (non représentée) à une source de fluide sous pression constante. On peut, par exemple, faire communiquer cette chambre aval 24 avec l'intérieur de l'injecteur en amont de la tuyère.
La surface annulaire de la collerette 10, sur laquelle agit la pression du fluide ré- gnant dans la chambre 24, est déterminée de manière que la. poussée axiale résultante soit plus grande que la composante axiale exercée sur la paroi interne de la tuyère 4 par l'eau traversant celle-ci. Il s'ensuit que la résul tante des poussées auxquelles est soumise la tuyère tend à déplacer cette dernière dans le sens de la fermeture de l'orifice de l'injecteur.
Une chambre annulaire amont 25, ména gée entre le piston 11 et la bride 18, est reliée par une conduite (non représentée) à une source auxiliaire de fluide sous pression. Cette conduite comporte un organe de ré glage permettant de régler l'admission et l'échappement du fluide moteur. La pression du fluide dans la chambre 25 et la surface du piston 11 sur laquelle agit le fluide sous pression, sont déterminées de manière que la poussée exercée sur le piston 11 par le fluide contenu dans la chambre 25, ajoutée à la poussée exercée sur la tuyère par l'eau tra versant l'injecteur, soit plus grande que celle exercée sur la collerette 10 par le fluide sous pression contenue dans la chambre annulaire 24.
De cette façon, lorsque la chambre 25 est mise sous pression, la tuyère 4 est déplacée dans le sens de l'ouverture de l'orifice de l'injecteur.
On remarque que la liaison entre l'organe moteur constitué par le piston 11 et le cy lindre 19 est extrêmement simple à réaliser, grâce au fait que l'organe mobile de l'injec teur à débit réglable décrit est constitué par la tuyère, qui est extérieure à l'injecteur.
Enfin, dans un injecteur selon l'invention, le pointeau étant fixe, il est possible de lui donner la forme la plus avantageuse au point de vue hydraulique.
Comme représenté à la fig. 5, il est avan tageux que l'élément tubulaire 1 s'ouvre par un cône évasé 30 sur la tuyère 4, afin d'évi ter un changement brusque de la section libre. Pour la même raison, les extrémités des ailettes sont de préférence effilées. En outre, toujours dans le but d'éviter la formation de remous et de perturbations dans les filets liquides, le pointeau présente à la hauteur du cône 30 un profil en forme de cône, de manière à éviter une augmentation de la sec tion libre prévue pour le passage du liquide.
L'augmentation du diamètre du pointeau en cet endroit peut même être prévue de telle manière que la section libre diminue légère ment d'amont en aval, c'est-à-dire de manière que cette augmentation soit au moins suffi sante pour compenser l'augmentation du dia mètre intérieur de l'injecteur, d'une part, et, d'autre part, pour compenser également l'augmentation de la section libre due à l'in terruption des ailettes 3.
Comme décrit plus haut, la chambre aval 24 peut être mise sous pression constante en la reliant par une conduite avec l'espace inté rieur de l'injecteur en un point situé en amont de la tuyère 4.
En vue d'éviter une usure prématurée des manchettes 22 et 23, provoquée, par exemple, par des grains de sable ou autres contenus dans l'eau traversant l'injecteur, il est aisé de débarrasser l'eau de ses impure tés en plaçant dans ladite conduite un vase de décantation ou un filtre, par exemple. La manchette 21 resterait cependant exposée aux impuretés contenues dans l'eau traversant l'injecteur, et c'est en vue d'amener également de l'eau décantée au droit de la manchette 21 que des canaux 29 sont prévus entre la cham bre annulaire 24 et cette manchette 21.
La pression manométrique de la. chambre aval 24 étant plus élevée que celle régnant dans la tuyère 4, en raison, de la vitesse d'écoulement plus grande de l'eau dans l'injecteur au droit de l'extrémité de l'élément tubulaire 1 qu'au droit de l'orifice de la conduite reliant la chambre 24 avec l'intérieur de l'injecteur, une faible circulation d'eau décantée ou filtrée s'établit de l'injecteur vers la tuyère en passant par la chambre 24, les canaux 29 et le joint annulaire entre la tuyère 4 et l'élément 1.
Cette circulation empêche toute circulation inverse d'eau chargée d'impuretés, c'est-à-dire toute circulation d'eau allant de la tuyère 4 vers la manchette 21, de sorte que cette manchette 21 est toujours en con tact avec de l'eau décantée ou filtrée. La chambre formée par l'évidement 12 et le cylindre 19 reçoit l'eau suintant à travers les joints le long de la paroi extérieure du corps tubulaire 1 et de la paroi intérieure du cylindre 19 et provenant de la chambre aval 24. Cette eau est évacuée par un canal 31.
La chambre formée par l'évidement 13 et le cylindre 19 reçoit le liquide suintant le long des parois de l'élément 1 et du cylindre 19 et provenant de la chambre amont 25.
Quelques formes d'exécution de l'injec teur selon l'invention, appliquées à un injec teur pour turbine hydraulique à impulsion, ont été décrites à titre d'exemples et en ré férence au dessin annexé, mais il est évident que l'invention. peut également être appliquée à d'autres injecteurs traversés par d'autres fluides que de l'eau, et que l'injecteur peut être un injecteur autre qu'un injecteur pour turbine hydraulique à impulsion.
Dans les formes d'exécution décrites en référence au dessin schématique annexé, la tuyère 4 coulisse le long de la paroi exté rieure de l'élément tubulaire 1, mais il est évident qu'il est également possible de pré voir une tuyère coulissant le long de la paroi intérieure de l'élément tubulaire 1.