CH446227A - Installation hydro-électrique - Google Patents

Description

      Installation        hydro-électrique       La     présente        invention    a     pour        objet    une     installation     hydro-électrique     comprenant    une turbine, une pompe et  un alternateur     susceptible    de fonctionner comme     généra-          teur    ou     comme    moteur,     ces        :

  trois        machines    étant dispo  sées selon le même     axe.        Cette        installation    hydro-élec  trique est     caractérisée        par    le fait que l'arbre de     l'une     des deux     machines        hydrauliques,        turbine    ou pompe, est       tubulaire,    l'arbre de     l'autre        machine        hydraulique,    pompe,  respectivement     turbine,    passant dans     cet    arbre tubulaire,

    des moyens     d'accouplement        permettant    de relier l'alter  nateur soit à la     turbine,    pour la fourniture     d'énergie,    soit  à la pompe, pour renvoyer de l'eau dans un     bassin          d'accumulation.     



  Le dessin annexé     représente,        schématiquement    et à  titre d'exemple, une forme d'exécution de     l'installation     selon     l'invention.     



  La     fig.    1 est une vue     générale    en     élévation,    en     coupe          axiale,    de     cette        installation    schématisée pour en     faciliter          la.        compréhension.     



  La     fig.    2 montre un     détail    de     l'accouplement    lorsque       l'installation    est en position de fourniture     d'énergie.     La     fig.    3 montre     un,        détail    de     l'accouplement,    l'instal  lation     étant    en position de pompage.  



  La     fig.    4 montre l'accouplement en position inter  médiaire en vue du     passage    de la position  fourniture  d'énergie<B> </B> à     la    position   pompage  .  



  Ces     fig.    2 à 4     montrent    les     différentes        pièces    de       l'accouplement    dans la forme     qu'elles    pourraient avoir  en     réalité.     



       Cette        installation        hydro-électrique        comprend    un alter  nateur désigné de façon générale     par    le     chiffre    1, une  turbine 2 et une     pompe    3.

   Ces     trois    machines sont  disposées selon le même axe qui,     dans    l'exemple repré  senté, est un axe     vertical.        L'alternateur    1 est     porté        par     un bâti 4     supporté    par la     maçonnerie    5, bâti portant le       palier    de guidage     latéral    du rotor de l'alternateur. Ce    rotor est     solidaire    d'un arbre 6 portant à son     extrémité     inférieure une bride 7 à laquelle est fixée une couronne  8 présentant des     cannelures    9 à sa périphérie.

    



  La turbine 2, du type Francis, comprend :un fond       inférieur    10, un fond supérieur 11 entre     lesquels    est dis  posé le distributeur 12.     L'alimentation        en        eau    de cette  turbine se     fait    par une bâche en spirale 13. La roue de  turbine 2 est portée par un arbre tubulaire 14 guidé à  sa partie     supérieure    dans un palier de guidage latéral 15.  Un palier de butée 16     supporte        cet        arbre    14 et la roue  de turbine 2.

   Cet arbre 14 est muni d'un prolongement  17 à sa partie     inférieure,    prolongement     s'étendant    dans  le canal d'aspiration 18 et     traversant    le coude 19 de  celui-ci. Ce     prolongement    17 est guidé dans le     coude    19  par un palier de     guidage    latéral 20.

   L'arbre 14 présente       également    un prolongement 21 à -sa partie     supérieure.     Ce     prolongement    21 qui est de     plus        grand    diamètre  porte deux couronnes     cannelées    superposées 22 et 23, la       couronne    supérieure 22     étant    en position extrême de  l'arbre     tubulaire    14, alors que la     couronne    23 est     située     au-dessous de la     couronne    22 à une certaine     distance     de     celle-ci.     



  La pompe 3 est munie d'un arbre 24 passant à  l'intérieur<B>de</B> l'arbre     tubulaire    14, 17, 21 de     la        turbine.     Cet arbre 24 est guidé     dans    un palier de     guidage    laté  ral 25 aménagé à l'intérieur de l'arbre tubulaire 14 et  par un second     palier    situé dans la     pompe.    Un palier de  butée,     également    situé dans la pompe 3, supporte la  ou les roues de pompe, si celle-ci est à plusieurs  étages,

       ainsi    que     toutes    les     pièces        tournantes    solidaires  de     cette    roue de pompe. Le prolongement 17 de l'arbre  tubulaire 14 de la turbine 2 est guidé autour de  l'arbre 24 de la pompe par un palier 26. A     l'extrémité          supérieure    de l'arbre interne 24 est fixée     une        couronne     à     cannelures    externes 27.  



  Les moyens permettant     d'accoupler        d'alternateur    1  soit à la turbine 2, soit à     la    pompe 3, comprennent un      premier anneau 28 présentant des     cannelures    internes 29  et externes 30. La couronne de cannelures 29 a une  forme correspondant à celle de la couronne 27, alors que  la couronne de cannelures 30 a une forme correspondant  à la couronne dentée 22. Cet anneau 28 est porté par un  manchon 31 présentant des cannelures internes 32     coopé-          rant    avec la couronne cannelée 8, 9 fixée à la bride 7.

    Un dispositif de     commande,    non représenté, pouvant  comprendre un servomoteur à piston commandé par  fluide sous pression, permet de provoquer des     déplace-          ments    axiaux du manchon 31 et, de     ce    fait, de l'anneau  28 par     rapport    à l'arbre 6 de l'alternateur 1.  



  Un second anneau 33 est disposé entre l'arbre tubu  laire 14 et l'arbre interne 24. Cet anneau 33 présente une  couronne interne de     cannelures    34 de forme correspon  dant à celle de la couronne 27, et une couronne externe  de cannelures 35 de forme     correspondant    à la couronne  23 solidaire de l'arbre tubulaire 14. Ce second anneau 33  est porté par un manchon 36 susceptible de coulisser sur  l'arbre 24. Un     cylindre    de servomoteur 37 est     aménagé     dans ce manchon 36 pour permettre la commande des  déplacements axiaux du manchon 36 et de l'anneau 33  â l'aide d'un fluide sous pression.  



  Le fonctionnement de l'installation décrite ci-dessus  a lieu de la façon suivante  En fonctionnement normal de     l'installation    hydro  électrique, alors que celle-ci fournit de l'énergie élec  trique produite à partir d'une chute d'eau     entraînant    la  turbine 2, l'alternateur 1 est     accouplé    à cette turbine 2  en amenant le premier anneau 28 au niveau de la     cou-          ronne    22 de l'arbre tubulaire 14.

   Dans cette position  représentée à la     fig.    2, la couronne cannelée 30 est     enga-          --ée    dans la couronne     cannelée    22 et un     accouplement     rigide s'opère entre l'arbre 6 de l'alternateur 1 et l'arbre  14 de la turbine 2. L'arbre 24 de la pompe 3 est     :tout    à  fait dégagé et cette pompe 3 se trouve en position de  repos.  



  Dans les     installations    de     turbinage    et de pompage,  afin de gagner du temps,     il    arrive     souvent    que     pendant     le changement de régime l'alternateur reste branché sur  le     réseau.    Avant de désaccoupler l'alternateur de la tur  bine. il importe que cette dernière soit mise en position de       ,(.    marche à vide e afin que le     désaccouplement    s'opère  sans effort sur les     cannelures.    On     déplace    alors en un  mouvement d'élévation l'anneau 28, de     manière    à sépa  rer les couronnes 22 et 30.

   La turbine 2 est     alors    freinée  pour être immobilisée. Après immobilisation de     la    tur  bine 2, on     commande    un mouvement d'élévation du  second     anneau    33, de manière à provoquer l'accouple  ment de l'arbre tubulaire 14 à l'arbre interne 24 par  l'intermédiaire des couronnes 23, 35, 34 et 27. La tur  bine 2 et la pompe 3 étant     accouplées        momentanément     dans la position représentée à la fi-. 4, on alimente à  nouveau en eau la turbine 2 pour lancer celle-ci et la  pompe 3 à la vitesse synchrone du rotor de l'alterna  teur 1.

   Une fois cette vitesse synchrone atteinte, on pro  voque un abaissement de l'anneau 28 qui accouple tout  d'abord l'alternateur 1 à la turbine 2 par engagement  des couronnes 22 et 30. En     pousuivant    le mouvement  d'abaissement de l'anneau 28, la couronne interne 29 de  cet anneau s'engage dans les cannelures de la couronne  27 solidaire de l'arbre 24, alors que la     couronne    30 se  dégage de la couronne 22 (voir position     représentée    à la  fi". 3). Dans cette position, les trois machines 1, 2 et 3  tournent à vitesse synchrone.

   On provoque alors     l'éloi-          P   <B>0</B>     ement        vers        le        bas        du        second        anneau        33        pour        désaccou   <B>-</B>         pler    l'arbre tubulaire 14 de l'arbre interne 24. La turbine  2 est alors     indépendante    du groupe formé de     l'alterna-          teur    1 et de la pompe 3.

   II est donc possible de cesser       d'alimenter    la turbine 2 en eau pour provoquer son  arrêt et de procéder alors à     l'opération    de pompage; la  pompe 3 étant entraînée par     l'alternateur    1 fonctionnant  alors comme moteur.  



  A     la    fin de     la    période de pompage, l'installation  hydro-électrique peut être ramenée en position de four  niture d'énergie par les opérations inverses de celles  décrites ci-dessus.  



  La disposition de     l'installation    hydraulique décrite  ci-dessus     permet    d'obtenir un très bon     rendement    du  fonctionnement de l'installation lors de l'opération de  pompage, étant donné que la turbine 2 est déconnectée  entièrement de     l'ensemble    alternateur 1, pompe 3. De  plus, cette   déconnexion  de la turbine 2 se fait sans  qu'il soit nécessaire d'éliminer l'eau de l'espace dans  lequel tourne la     roue    de turbine,     opération    nécessaire  dans les installations à turbine-pompe dans lesquelles la  turbine     continue    à être entraînée en rotation en même  temps que la pompe.

   Dans ces     dernières        installations,    le  rendement est     encore    amoindri du fait de la nécessité de  refroidir les joints de la roue de turbine à l'aide d'un  écoulement parasite d'eau de refroidissement provoquant  lui-même une baisse de rendement.  



  De nombreuses variantes d'exécution de l'installation  hydro-électrique décrite     ci-dessus    pourraient être ima  ginées. Ainsi, dans le cas où la pompe 3 serait disposée  au-dessus de la turbine 2, l'arbre tubulaire serait solidaire  de la pompe, alors que l'arbre interne     porterait    la roue  de turbine 2.  



  Le     dispositif    d'accouplement décrit en regard du des  sin n'est, bien entendu, qu'un exemple de réalisation,  d'autres dispositifs     d'accouplement    pouvant être utilisés,  par exemple des dispositifs     d'accouplement    hydrauliques,  pneumatiques, magnétiques ou à friction, si la puissance  de la machine est assez faible pour le permettre.

   On       pourrait    également combiner au dispositif     d'accouple-          ment    décrit un     dispositif    à friction permettant d'assurer  une vitesse relative nulle ou pratiquement     nulle    entre les       couronnes        cannelées    ou dentées devant être     amenées    en  position     d'accouplement.     



  Dans la forme d'exécution représentée, la machine  est à axe     vertical.    Toutefois, cette construction     pourrait     s'appliquer à une machine d'axe horizontal ou même  oblique.

Claims (1)

1. REVENDICATION Installation hydro-électrique comprenant une turbine (2), une pompe (3) et un alternateur (1) susceptible de fonctionner comme générateur ou comme moteur, ces trois machines étant disposées selon le même axe, carac térisée en ce que l'arbre (14) de l'une des deux machines hydrauliques, turbine (2) ou pompe (3), est tubulaire, l'arbre (24) de l'autre machine hydraulique, pompe (3), respectivement turbine (2), passant dans cet arbre tubu laire (14), des moyens d'accouplement (22, 23, 27-37)

   permettant de relier l'alternateur (1) soit à la turbine (2), pour la fourniture d'énergie, soit à la pompe (3), pour renvoyer de l'eau dans un bassin d'accumulation. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Installation selon la revendication, caractérisée en ce que l'arbre tubulaire (14) est solidaire de deux cou- ronnes (22,23) à cannelures internes, superposées avec espace entre elles, l'arbre (24) disposé à l'intérieur de cet arbre tubulaire (14) portant une couronne (27) à canne lures externes, l'alternateur (1) portant un premier an neau (28) présentant des cannelures (29) et externes (30) de forme correspondant à celle des couronnes (22, 27) des deux arbres (14, 24),

   des moyens permettant de déplacer axialement cet anneau (28) par rapport à l'alternateur (1) pour l'engager soit avec la couronne extrême (22) de l'arbre tubulaire (14) de manière à assu rer l'accouplement de l'alternateur (1) à l'arbre tubu laire (14), soit avec la couronne (27) de l'arbre interne (24) pour l'accoupler à celui-ci.

   2. Installation selon la revendication et la sous- revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'accouplement comprennent un second anneau (33) à cannelures internes (34) et externes (35), ce second anneau (33) étant guidé axialement entre les deux arbres (14, 24), des moyens (37) permettant de le dépla- cc .r a-,;

   ialement pour l'engager entre la seconde couronne (23) de l'arbre tubulaire (14) et la couronne (27) de l'arbre interne (24) pour rendre ces deux arbres (14, 24) solidaires, au moins momentanément, pour faciliter les opérations d'accouplement de l'alternateur (1) avec l'un ou l'autre des deux arbres (14, 24). 3. Installation selon la revendication et les sous revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'arbre (6) de l'alternateur (1) porte une couronne externe (8, 9) sur laquelle peut coulisser un manchon (31) cannelé intérieurement (32), ce manchon (31) portant le premier anneau d'accouplement (28).