Installation <B>de machines hydrauliques</B> La présente invention a pour objet une installation de machines hydrauliques, comprenant une turbine et une pompe, caractérisée en ce qu'elle comprend une enveloppe enfermant la turbine, la pompe, au moins une bâche d'alimentation en eau de la turbine et de refou lement de la pompe respectivement, ainsi que les canaux d'aspiration de ces deux machines,
cette enveloppe étant en communication avec le bassin aval et se trouvant rem plie d'eau pendant le fonctionnement de l'installation.
L'installation définie ci-dessus permet de réduire notablement l'encombrement occupé par deux machines combinées telles qu'une turbine et une pompe, et ainsi de réduire :les frais de génie civil.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'installa- tion objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue d'une moitié de cette installa tion, en coupe axiale, alors que l'autre moitié est une vue en élévation.
La fi-. 2 montre une vue en plan de cette première forme d'exécution d'installation, à échelle réduite.
La fig. 3 est une vue semblable à la fig. 1 montrant une seconde forme d'exécution, dont la fi-' 4 est une vue en plan correspondante.
En référence aux fig. 1 et 2, cette installation hydrau lique comprend une turbine 1 et une pompe 2 ; les roues de turbine 1 et de pompe 2 sont jointives. Une bâche commune 3 alimente la turbine 1 en eau en provenance d'une conduite 4 en communication avec un bassin amont. Cette même bâche 3 sert de bâche de réception de l'eau sortant du diffuseur 5 de la pompe 2 lorsque celle-ci est en fonction et pompe l'eau d'un bassin aval par l'intermédiaire d'une conduite de communication 6.
Une telle installation est en général appelée turbine- pompe . Des moyens sont prévus qui permettent d'iso ler l'espace dans lequel tourne la pompe lorsque la tur- bine est en fonction, respectivement qui permettent d'iso ler l'espace dans lequel tourne la turbine lorsque la pompe est en fonction. Ces moyens comprennent une vanne-fourreau 7, dessinée en position fermée à la fig. 1, cette vanne-fourreau 7 étant disposée entre la roue 1 et le distributeur 8 de la turbine.
Une vanne-fourreau 9 permet d'isoler la roue de pompe 2 du diffuseur 5, alors qu'une troisième vanne-fourreau 10 est destinée à fermer le passage entre la tubulure d'aspiration 11 de la pompe 2 et cette dernière. Les roues de turbine 1 et de pompe 2 sont fixées à un arbre vertical 12 sensé entraîner une génératrice de courant électrique.
Comme le montre le dessin, cette installation com prend une enveloppe 13 enfermant la turbine 1, la pompe 2, la bâche 3, ainsi que les canaux d'aspiration de ces deux machines, c'est-à-dire le canal d'aspiration 11 de la pompe 2, ainsi que le canal d'aspiration 14 de la tur bine 1. Cette enveloppe 13 est de forme générale tori- que, son plan médian général étant parallèle au plan médian général de la bâche 3.
La conduite d'amenée 4 de l'eau du bassin amont à la bâche 3 traverse la paroi de cette enveloppe 13 en 15 (voir fig. 2). Les canaux d'aspiration 11, 14, des deux machines sont de forme épanouie et disposés tangentiellement à l'enveloppe 13, en positions opposées. Cette enveloppe 13 forme elle- même une partie des parois des canaux d'aspiration 11, 14, et constitue également une partie du canal d'évacua tion 6 de l'eau de la turbine vers le bassin aval.
Ce canal 6 constitue réciproquement le canal d'alimentation en eau de la pompe 2 à partir de ce bassin aval. Les paliers de guidage 16 et de support axial de l'arbre 12 portant les roues 1 et 2 sont, en principe, disposés en dehors de l'enveloppe 13 qui, lors du fonctionnement de l'ins tallation, se trouve remplie d'eau.
Le fonctionnement d'une telle installation hydrau lique se fait de la manière suivante Lorsque l'installation doit fournir de l'énergie, la turbine 1 étant en marche, la vanne-fourreau 7 est en position ouverte, alors que les vannes-fourreaux 9 et 10 sont en position fermée pour isoler l'espace 17 dans lequel tourne la roue de pompe 2. Cet espace 17 peut être dénoyé pour éviter les pertes par frottement de la roue de pompe 2. L'eau amenée par la conduite 4 selon la flèche 18 alimente la bâche 3 et pénètre entre les entretoises avant-directrices 19, passe par le distri buteur 8 et atteint la roue de turbine 1 qu'elle entraîne.
A la sortie de la roue 1, cette eau s'engage dans les canaux d'aspiration 14 de forme épanouie et aboutit dans l'enveloppe 13 qu'elle remplit avant de s'échapper vers le bassin aval par la conduite 6 selon la flèche 20.
Lorsque l'installation travaille en pompe , la van ne-fourreau 7 est amenée en position de fermeture, comme représenté à la fig. 1, alors que les vannes-four- réaux 9 et 10 sont en position ouverte. L'espace 21 dans lequel tourne la roue de turbine 1 est dénoyé par injection d'air comprimé. L'arbre 12 est alors entraîné en rotation par la génératrice fonctionnant alors comme moteur et absorbera du courant électrique.
L'eau en provenance du bassin aval par l'intermédiaire du canal 6 entre dans l'enveloppe 13, ensuite dans le canal d'aspi ration 11 de la pompe 2 d'où celle-ci la refoule par le diffuseur 5 dans la bâche 3 et ainsi par la conduite 4 dans le bassin amont, ceci selon les flèches 22, 23. 24 et 25.
La seconde forme d'exécution d'installation hydrau lique représentée aux fig. 3 et 4, comprend les mêmes éléments essentiels que celle représentée aux fig. 1 et 2. Ces éléments ont été indiqués par les mêmes signes de référence. c'est-à-dire une roue de turbine 1, une pompe 2, une bâche 3, une conduite d'amenée 4, un diffuseur 5 pour la pompe, une conduite de communication 6 avec le bassin aval, des vannes-fourreaux 7, 9 et 10, des canaux d'aspiration 11 pour la pompe et 14 pour la turbine, une enveloppe 13, les roues de pompe 1 et 2 étant portées par un arbre vertical 12.
Dans cette forme d'exécution, la bâche 3 est déca lée par rapport au diffuseur 5 de la pompe, respective ment par rapport aux canaux situés entre les entretoi ses avant-directrices 19 de la turbine. De ce fait, une partie des canaux d'aspiration, dans le cas particulier des canaux d'aspiration 11 de la pompe 2, s'étend radia- lement autour de la bâche 3 en enveloppant celle-ci au moins partiellement. La partie 26 de la paroi externe de la bâche 3 constitue simultanément une partie de la paroi interne de guidage du canal d'aspiration 11.
Cette disposition permet de donner une forme hydrodynami que particulièrement favorable au canal d'aspiration 11 de la pompe 2. tout en permettant également de réduire le diamètre d'encombrement de la bâche 3. De ce fait, l'enveloppe 13 peut également être réduite en diamètre dans une certaine mesure, cette réduction devant tou tefois tenir compte de la forme épanouie des canaux d'aspiration 14 de la turbine.
Le fonctionnement de l'installation selon la seconde forme d'exécution est en tous points identique à celui indiqué pour la première forme d'exécution, c'est-à-dire qu'en position de fonctionnement de la turbine, la vanne- fourreau 7 est ouverte alors que les vannes-fourreaux 9 et 10 sont fermées pour isoler la roue de pompe 2, l'eau en provenance du bassin amont alimentant la bâche 3 et s'introduisant entre les entretoises avant-directrices 19 et le distributeur 8 pour agir sur la roue 1 et s'échap- per par les canaux d'aspiration 14 vers le canal d'évacua tion 6 en direction du bassin aval, selon les flèches 18, 18a, 18b et 20.
Pendant le fonctionnement en pompe et ainsi que représenté au dessin, la vanne-fourreau 7 est fermée alors que les vannes-fourreaux 9 et 10 sont ouvertes, l'écoulement de l'eau à travers l'installation se faisant selon les flèches 22 à 25. la roue de pompe 2 étant isolée et dénoyée.
La disposition particulière de l'installation décrite, comprenant une enveloppe torique 13 enfermant toute la partie essentielle de l'installation hydraulique, permet de réduire dans une grande mesure l'encombrement d'une telle installation, tout en simplifiant la construc tion de la maçonnerie. c'est-à-dire en réduisant les frais de génie civil. En effet. cette enveloppe 13 peut être construite en tôle relativement mince dans la partie des tinée à être prise dans le béton. Cette enveloppe 13 doit simplement avoir une résistance suffisante pour servir de coffrage lors de la coulée du béton frais.
Par contre, toutes les autres parties de la machine sont construites de la façon habituelle, le puits central 27 étant de dimen sions suffisantes pour permettre le démontage des dif férentes parties, sensibles à l'usure, de l'installation.
Dans la description qui précède, l'installation hydrau lique comprenait, dans les deux formes d'exécution représentées, une turbine et une pompe montées join tives, cette disposition étant communément appelée turbine-pompe . Toutefois, la disposition décrite est également applicable à une installation comprenant une turbine et une pompe distinctes, ou même éventuelle ment à une installation comprenant un étage de turbines et plusieurs étages de pompes, et réciproquement, ou encore plusieurs étages de turbines et plusieurs étages de pompes.
La disposition décrite ci-dessus est également appli cable aux installations hydrauliques à axe horizontal.
Installation <B> of hydraulic machines </B> The present invention relates to an installation of hydraulic machines, comprising a turbine and a pump, characterized in that it comprises a casing enclosing the turbine, the pump, at least one tank for the water supply to the turbine and the pump discharge respectively, as well as the suction channels of these two machines,
this envelope being in communication with the downstream basin and being filled with water during the operation of the installation.
The installation defined above makes it possible to significantly reduce the space occupied by two combined machines such as a turbine and a pump, and thus to reduce: civil engineering costs.
The appended drawing represents, schematically and by way of example, two embodiments of the installation which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a view of half of this installation, in axial section, while the other half is an elevational view.
The fi-. 2 shows a plan view of this first embodiment of installation, on a reduced scale.
Fig. 3 is a view similar to FIG. 1 showing a second embodiment, of which figure 4 is a corresponding plan view.
With reference to fig. 1 and 2, this hydraulic installation comprises a turbine 1 and a pump 2; the impellers of turbine 1 and of pump 2 are contiguous. A common cover 3 supplies the turbine 1 with water coming from a pipe 4 in communication with an upstream basin. This same tank 3 serves as a tank for receiving the water leaving the diffuser 5 of the pump 2 when the latter is in operation and pumps water from a downstream basin via a communication pipe 6.
Such an installation is generally called a turbine-pump. Means are provided which make it possible to isolate the space in which the pump rotates when the turbine is in operation, respectively which make it possible to isolate the space in which the turbine rotates when the pump is in operation. These means comprise a sheath valve 7, drawn in the closed position in FIG. 1, this sheath valve 7 being arranged between the wheel 1 and the distributor 8 of the turbine.
A sheath valve 9 makes it possible to isolate the pump wheel 2 from the diffuser 5, while a third sheath valve 10 is intended to close the passage between the suction pipe 11 of the pump 2 and the latter. The impellers of turbine 1 and of pump 2 are fixed to a vertical shaft 12 intended to drive an electric current generator.
As shown in the drawing, this installation com takes a casing 13 enclosing the turbine 1, the pump 2, the tank 3, as well as the suction channels of these two machines, that is to say the suction channel 11 of the pump 2, as well as the suction channel 14 of the turbine 1. This casing 13 is generally toroidal in shape, its general median plane being parallel to the general median plane of the cover 3.
The supply pipe 4 for the water from the upstream basin to the cover 3 passes through the wall of this envelope 13 at 15 (see FIG. 2). The suction channels 11, 14, of the two machines are of open-ended shape and arranged tangentially to the casing 13, in opposite positions. This envelope 13 itself forms part of the walls of the suction channels 11, 14, and also constitutes a part of the channel 6 for evacuating water from the turbine to the downstream basin.
This channel 6 reciprocally constitutes the channel for supplying water to the pump 2 from this downstream basin. The guide bearings 16 and the axial support bearings for the shaft 12 carrying the wheels 1 and 2 are, in principle, arranged outside the casing 13 which, during operation of the installation, is filled with water. .
The operation of such a hydraulic installation is done as follows When the installation must supply energy, with the turbine 1 running, the sheath valve 7 is in the open position, while the sheath valves 9 and 10 are in the closed position to isolate the space 17 in which the pump wheel 2 rotates. This space 17 can be dewatered to prevent friction losses from the pump wheel 2. The water supplied by the pipe 4 according to the arrow 18 feeds the cover 3 and penetrates between the front guide spacers 19, passes through the distributor 8 and reaches the turbine wheel 1 which it drives.
At the outlet of the wheel 1, this water engages in the suction channels 14 of open form and ends in the casing 13 which it fills before escaping to the downstream basin through the pipe 6 according to the arrow 20.
When the installation works as a pump, the non-sleeve valve 7 is brought into the closed position, as shown in FIG. 1, while the four-chamber valves 9 and 10 are in the open position. The space 21 in which the turbine wheel 1 rotates is dewatered by injecting compressed air. The shaft 12 is then driven in rotation by the generator then functioning as a motor and will absorb electric current.
The water coming from the downstream basin via channel 6 enters the casing 13, then into the suction channel 11 of the pump 2 from where the latter delivers it through the diffuser 5 into the tank 3 and thus via line 4 in the upstream basin, this according to arrows 22, 23. 24 and 25.
The second embodiment of a hydraulic installation shown in FIGS. 3 and 4, includes the same essential elements as that shown in FIGS. 1 and 2. These elements have been indicated by the same reference signs. that is to say a turbine wheel 1, a pump 2, a tank 3, a supply pipe 4, a diffuser 5 for the pump, a communication pipe 6 with the downstream basin, sheath valves 7 , 9 and 10, suction channels 11 for the pump and 14 for the turbine, a casing 13, the pump wheels 1 and 2 being carried by a vertical shaft 12.
In this embodiment, the cover 3 is offset with respect to the diffuser 5 of the pump, respectively with respect to the channels located between the front guide braces 19 of the turbine. As a result, part of the suction channels, in the particular case of the suction channels 11 of the pump 2, extends radially around the cover 3, enveloping the latter at least partially. The part 26 of the outer wall of the tarpaulin 3 simultaneously constitutes a part of the inner guide wall of the suction channel 11.
This arrangement makes it possible to give a particularly favorable hydrodynamic shape to the suction channel 11 of the pump 2. while also making it possible to reduce the overall diameter of the cover 3. As a result, the casing 13 can also be reduced. in diameter to a certain extent, this reduction must however take into account the open-ended shape of the suction channels 14 of the turbine.
The operation of the installation according to the second embodiment is in all points identical to that indicated for the first embodiment, that is to say that in the operating position of the turbine, the sheath valve 7 is open while the sheath valves 9 and 10 are closed to isolate the pump wheel 2, the water coming from the upstream basin feeding the tank 3 and entering between the front guide spacers 19 and the distributor 8 for act on the wheel 1 and escape through the suction channels 14 to the discharge channel 6 in the direction of the downstream basin, according to arrows 18, 18a, 18b and 20.
During operation as a pump and as shown in the drawing, the sheath valve 7 is closed while the sheath valves 9 and 10 are open, the flow of water through the installation taking place according to the arrows 22 to 25. the pump wheel 2 being isolated and stripped.
The particular arrangement of the installation described, comprising a toric casing 13 enclosing the entire essential part of the hydraulic installation, makes it possible to greatly reduce the size of such an installation, while simplifying the construction of the masonry. . that is, by reducing civil engineering costs. Indeed. this envelope 13 can be constructed of relatively thin sheet metal in the part of the tines to be taken in the concrete. This envelope 13 must simply have sufficient strength to serve as formwork during the pouring of fresh concrete.
On the other hand, all the other parts of the machine are constructed in the usual way, the central well 27 being of sufficient dimensions to allow the various parts, sensitive to wear, of the installation to be dismantled.
In the foregoing description, the hydraulic installation included, in the two embodiments shown, a turbine and a pump mounted adjoining, this arrangement being commonly called a turbine-pump. However, the arrangement described is also applicable to an installation comprising a separate turbine and a pump, or even possibly to an installation comprising a turbine stage and several pump stages, and vice versa, or even several turbine stages and several turbine stages. pumps.
The arrangement described above is also applicable to hydraulic installations with a horizontal axis.