Turbine hydraulique. La présente invention se rapporte à une turbine hydraulique à injection d'eau di recte clans la décharge de la turbine pour produire un effet d'éjecteur sur l'eau motrice actionnant la roue de turbine.
Suivant cette invention, un éjecteur annu laire à passage d'eau réglable est disposé immédiatement au-dessous de la roue de tur bine recevant l'eau motrice et à l'entrée d'un conduit de céclrarge, cet éjecteur communi quant avec la chambre d'arrivée d'eau de la turbine, servant à faire passer une partie de l'eau de celle-ci directement dans le conduit de décharge, immédiatement au-dessous de la roue (le turbine, et étant combiné avec un vannage qui, à l'état de fermeture, établit à l'éjecteur une paroi annulaire faisant suite à celle du conduit de décharge.
De préférence, le conduit de décharge est établi de façon à augmenter graduellement en section transversale depuis son orifice d'entrée jusqu'à son orifice de sortie, de fa çon à provoquer une diminution graduelle et continue de la vitesse de l'eau de la roue de turbine au canal de départ. Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de l'invention.
La fig. 1 est une coupe verticale d'une pre mière forme d'exécution; La fig. 2 en est une coupe horizontale suivant la ligne 2-2 de la fig. 1; La fig. 3 est une coupe verticale d'une forme d'exécution avec le même type d'éjec- teur que dans la fig. 1, mais comportant un tube de décharge rectiligne au: lieu d'un con- duit, (le décharge courbe comme représenté a, la fig. 1; La fig. 4 est une coupe verticale d'une forme d'exécution avec conduit de décharge en forme de volute;
La fig. 5 est une coupe verticale à plus grande échelle représentant plus clairement un mécanisme pour commander une vanne coulissante combinée avec les ouvertures de l'éjecteur; La fig. 6 est une coupe horizontale d'une turbine comportant une vanne rotative pour l'éjecteur, la coupe étant faite suivant la ligne 6-6 de la fig. 'i; La fig. 7 est une coupe verticale de cette turbine à vanne rotative La fig. 8 est une coupe horizontale sui vant la ligne 8--8 de la fig. 9;
La fig. 9 est une coupe verticale d'une au tre forme d'exécution, comportant une autre forme de mécanisme pour commander la vanne de Toutes les formes d'exécution représen tées sont du type à axe vertical et compor tent une roue unique se déchargeant clans un conduit de décharge, à l'orifice d'entrée duquel se trouve un éjecteur annulaire à ou vertures d'éjection d'eau réglables.
Dans la turbine des fig. 1 et 2, 1 désigne la couronne d'entrée d'eau, encastrée rigide ment dans le massif de béton 2 formant fon dation; 3 désigne les aubes directrices et li la roue mobile de la turbine.
5 désigne le conduit de décharge qui va de la roue 4 au point final d'évacuation dans l'eau d'aval représentée en 6. Ce conduit de décharge augmente graduellement en section transversale depuis son orifice d'entrée jus qu'à son orifice de sortie. Près de l'extrémité supérieure du conduit de décharge est dis posée la boîte d'éjecteur 7 qui comporte deux parois supérieure et inférieure avec un con duit annulaire 8 entre elles et des nervures ou aubes verticales 9 reliant ces parois et for mant une série de conduits éjecteurs d'eau.
Ces aubes 9 supportent en même temps le poids de la turbine et de la génératrice et une partie du poids du bâtiment, cette charge étant reçue par la couronne d'entrée 1, et re portée par les aubes 9 sur la boîte d'éjecteur et par celle-ci suer le massif de béton 2. Les aubes 9 sont courbées de façon à s'adapter à la direction de l'eau qui arrive à l'intérieur de l'éjecteur par la chambre d'arrivée d'eau en forme de volute 10 (fig. 2) et à délivrer l'eau d'injection clans le conduit de décharge avec une composante de vitesse tangentielle autour de l'axe de la turbine appropriée à la direction de l'eau délivrée par la roue.
(au lieu de ces aubes courbes, on pourrait aussi employer simplement clos boulons d'entre- toisement, en laissant l'eau suivre son trajet en spirale naturel). Les aubes de l'éjëcteur sont préférablement situées immédiatement au-dessous de chaque aube directrice de la couronne d'entrée de façon à supporter lu poids transmis par ces aubes sutivaint des lignes verticales directes.
11 désigne un anneau fixe dont la surface interne fait suite au conduit de décharge 5. hntro cet anneau 71 et la boite d'éjecteur 7 est disposé une vanne annulaire coulissante 12, dont l'extrémité inférieure est biseautée. comme on le voit en 13, de façon qu'elle puise épouser la courbure de la paroi infé rieure du conduit 8. Cette vanne l2 est munie de consoles 14 (fig. 5) auxquelles sont re liées des barres 15 qui sont reliées, chacune, au moyen d'une biellette 16, à un levier d'é querre l'7 fixé à un arbre oscillant 18, ce levier d'équerre étant relié mécaniquement à la tige de piston 19 d'un moteur à piston hydraulique 20 (le tout type désiré com mandé par de l'eau ou de l'huile sous pres sion.
La vanne 12 est représentée en position d'ouverture complète. Les traits pointillés de la fig. 1 la montrent dans la position (le fermeture, et l'on remarquera que lorsque cette vanne est fermée, elle prolonge en quel que sorte le conduit de décharge (te façon à lui assurer lo meilleur effet pour un rende ment élevé de la turbine. Les irrégularités de contour de la paroi annulaire qui subsis tent à l'éjecteur quand la vanne est fermée sont simplement celles qui sont, rendues né cessaires par une épaisseur (le métal conve nable de l'anneau 11, laquelle peut: être suf fisamment faible pour qu'elle n'ait: pas d'ef fet appréciable sur le fonctionnement. de la turbine.
Les détails de construction du mécanisme à vanne sont reps ésentés plus clairement à la fig. 5 qui est dessinée à plus grande échelle. Dans cette figure, on a aussi @repr é- sent6 un moyen type permettant d'enlever la vanne 12 sans dé.rang-er la couronne d'en trée ou les parties fixes .de l.'éject.eur. En déboulonnant de la pièce 21 la plaque de support inférieure, des aubes directrices 22 et l'anneau 11,
ces organes peuvent ètre re tirés en les faisant passer vers le haut à tra vers la couronne d'entrée 1 et à travers la fosse de la turbine, après quoi les consoles 14 reliées à la vanne peuvent être démon tées et l'on peut enlever la pièce 21 qui est composée de plusieurs éléments. On peut alors retirer la vanne en la faisant passer vers le Haut à travers la couronne d'entrée 1. D'après le dessin, le conduit de décharge 5 est moulé dans le nassif de béton.
Dans la construction représentée à la fig. 3, l'éjecteur est du même type que celui déjà décrit, mais la turbine comporte un tube de sortio rectiligne 23 en métal, également de section transversale croissante. Les au tres parties de la turbine et de léjecteur ont une construction similaire à celle déjà dé crite et il n'est pas nécessaire de les décrire.
Dans la forme d'exécution les fig. 6 et 7, l'éjecteur de la turbine est combiné avec une vanne annulaire rotative.
Dans cette forme d'exécution, 24 désigne la couronne d'entrée, 25 les aubes directrices. 26 la roue mobile, 27 -désigne le conduit Cie décharge et 28 la boite d'éjecteur lui com porte les aubes 29 formant les ouvertures d'éjection d'eau 30. La vanne annulaire ro tative 31 est percée d'ouvertures 32 destinées à coïncider avec les orifices de sortie des ouvertures 30. Elle est constituée par un an neau qui présente à sa partie supérieure un r ebord annulaire 33 qui est monté de façon à pouvoir tourner sur un épaulement 34 formé sur la boîte d'éjecteur 28s.
Un anneau 27 est situé au-dessus de la vanne 31 et est constitué par plusieurs pièces 35 de sorte qu'en démontant les organes 27 et 35 et les pièces situées au-dessus de la vanne, celle-ci peut être retirée vers le haut à travers la cou ronne d'entrée et à travers la fosse de la tur bine dans le .but de permettre le clénrontage ou clés réparations.
La vanne 31 se ferme en tournant ,sur elle-même d'une distance égale à la largeur de chacune des ouvertures 32, lesquelles, dans l'exemple représenté, ont une forure rectangulaire et, lorsque ces ou vertures :
ont fermées, cette vanne donne au
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conduit <SEP> de <SEP> clécli-a.rg-e <SEP> à. <SEP> l'endroit <SEP> (le <SEP> l'éjecteur
<tb> dès <SEP> parois <SEP> ayant <SEP> le <SEP> profil <SEP> approprié <SEP> au <SEP> meil leur <SEP> rendement <SEP> clé <SEP> la <SEP> turbine.
<tb> Des <SEP> bielles <SEP> 36 <SEP> sont <SEP> reliées <SEP> à <SEP> la. <SEP> vanne,
<tb> d'une <SEP> part-, <SEP> et <SEP> à <SEP> un <SEP> levier <SEP> d'équerre <SEP> 37, <SEP> d'au tre <SEP> part, <SEP> qui <SEP> est <SEP> relié <SEP> à <SEP> un <SEP> arbre <SEP> de <SEP> com niande <SEP> 3s. <SEP> Ce[ <SEP> arbre <SEP> de <SEP> commande <SEP> peut <SEP> être
<tb> animé <SEP> d'un. <SEP> mouvement <SEP> de <SEP> rotation <SEP> de- <SEP> l'angle
<tb> voulu <SEP> au <SEP> moyen <SEP> d'un <SEP> cylindre <SEP> hydraulique
<tb> 39 <SEP> dont <SEP> le <SEP> piston.
<SEP> est <SEP> relié <SEP> par <SEP> des <SEP> biellettes
<tb> <B>10</B> <SEP> < à, <SEP> <B>Lit].</B> <SEP> bras <SEP> il <SEP> "qui <SEP> est <SEP> à <SEP> son <SEP> tour <SEP> filé <SEP> sur
<tb> la <SEP> partie <SEP> supérieure <SEP> de <SEP> l'arbre <SEP> de <SEP> coma <SEP> aride.
<tb> Le <SEP> cylindre <SEP> <B>39</B> <SEP> Bourrait <SEP> être <SEP> remplacé
<tb> l,out <SEP> autre <SEP> di,posilif <SEP> équivalent <SEP> permettant
<tb> clé <SEP> démoider <SEP> la <SEP> vanne, <SEP> par <SEP> exemple, <SEP> par <SEP> ui@
<tb> <B>moteur</B> <SEP> électrique.
<tb> Daim <SEP> la <SEP> forme <SEP> d'exécution <SEP> des <SEP> fi,-,. <SEP> <B>8</B> <SEP> et <SEP> <B>9,</B>
<tb> oii <SEP> a. <SEP> iepréF,enfé <SEP> un <SEP> autre <SEP> mécanisme <SEP> pour
<tb> commander <SEP> une <SEP> vanne <SEP> cylindrique <SEP> coulis sante.
<SEP> Dans <SEP> celle <SEP> forme <SEP> d'exécution, <SEP> les
<tb> barres <SEP> de <SEP> commande <SEP> i2 <SEP> de <SEP> la <SEP> vanne. <SEP> sont <SEP> re liées <SEP> par <SEP> des <SEP> console., <SEP> -i; <SEP> à <SEP> la <SEP> vanne <SEP> cyliii dri.due <SEP> 114, <SEP> comme <SEP> dans <SEP> les <SEP> fig. <SEP> 1 <SEP> et <SEP> 5, <SEP> mais
<tb> elles <SEP> ont <SEP> leu.r@ <SEP> extiréniités <SEP> supérieures <SEP> file tées, <SEP> comme, <SEP> on <SEP> le <SEP> voit <SEP> en <SEP> i5, <SEP> pour <SEP> recevoir
<tb> clés <SEP> écrous <SEP> rotatifs <SEP> %u <SEP> formant <SEP> des <SEP> roues <SEP> liéli coïciales <SEP> uiigi-eriaiit <SEP> avec <SEP> des <SEP> vis.
<SEP> sans <SEP> fin <SEP> @f7
<tb> portée, <SEP> par <SEP> les <SEP> arbres <SEP> 4, <SEP> 49 <SEP> et <SEP> 50, <SEP> les <SEP> arbres
<tb> '13 <SEP> et <SEP> i9 <SEP> étant <SEP> reliés <SEP> à <SEP> l'arbre <SEP> 50 <SEP> par <SEP> des <SEP> en rena-es <SEP> coniques <SEP> et <SEP> ce <SEP> dernier <SEP> étant <SEP> action né <SEP> par <SEP> un <SEP> mote.ur, <SEP> électrique <SEP> ou <SEP> autre, <SEP> 51.
<tb> Dans <SEP> la <SEP> fil-,. <SEP> 4, <SEP> on <SEP> a <SEP> re-prcsenté <SEP> l'applica lion <SEP> d'un <SEP> éjecteur <SEP> à <SEP> mi <SEP> conduit <SEP> de <SEP> décharge
<tb> , <SEP> en <SEP> forme <SEP> clé <SEP> volute, <SEP> et <SEP> quoiqu'on <SEP> ait.
<SEP> lie présenté <SEP> dans <SEP> cette <SEP> figur=e <SEP> une <SEP> vanne <SEP> du <SEP> type
<tb> cylindrique' <SEP> coulissant, <SEP> il <SEP> est <SEP> .bien <SEP> entendu
<tb> qu'on <SEP> pourrait <SEP> aussi <SEP> employer <SEP> une <SEP> vanne <SEP> du
<tb> type <SEP> rotal:if.
<tb> Lorsque <SEP> l'éjecteur <SEP> est <SEP> combiné <SEP> avec, <SEP> un
<tb> conduit <SEP> de <SEP> décharge <SEP> en <SEP> forme <SEP> de <SEP> volute, <SEP> il
<tb> pré#!ente <SEP> de##, <SEP> avantages <SEP> particuliers <SEP> en <SEP> raison
<tb> (lu <SEP> fait <SEP> qu'un <SEP> conduit <SEP> de <SEP> décharge. <SEP> de <SEP> ce <SEP> genre
<tb> est <SEP> bien <SEP> capable <SEP> de <SEP> récupérer <SEP> l'énergie <SEP> d'une
<tb> eau. <SEP> animée <SEP> d'u <SEP> ii <SEP> mouvement <SEP> giratoire <SEP> sor tant <SEP> clé <SEP> la <SEP> rouie <SEP> mobile.
<SEP> Mais, <SEP> un <SEP> conduit <SEP> de
<tb> décharge <SEP> (lui <SEP> est <SEP> capable <SEP> clé <SEP> récupérer <SEP> une
<tb> partie <SEP> considérable <SEP> de <SEP> l'énergie <SEP> cinétique
<tb> des <SEP> composantes <SEP> tangentielles <SEP> ou <SEP> giratoires
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de <SEP> 1a- <SEP> , <SEP> it-esse <SEP> de <SEP> l'eau <SEP> pénétrant <SEP> clans <SEP> ledit,
<tb> condciit. <SEP> permet <SEP> 1'ï <SEP> la <SEP> roue <SEP> mobilo <SEP> de <SEP> la <SEP> tur bine <SEP> @-,'.<B>-</B> <SEP> fonctionner <SEP> économiquement. <SEP> D'au tre <SEP> part.
<SEP> les <SEP> turbines <SEP> dans <SEP> lesquelles <SEP> le <SEP> cou rant <SEP> cl.'Fau <SEP> délivï=(-@ <SEP> par <SEP> .la <SEP> roue <SEP> mobile <SEP> possède
<tb> une <SEP> vitcsse <SEP> giraif,ire <SEP> considérable <SEP> sont <SEP> par ticulièrement <SEP> appropriées <SEP> aux <SEP> installations
<tb> de <SEP> foï-._e <SEP> hydraulique <SEP> à <SEP> faible <SEP> chute <SEP> pour <SEP> les quelles <SEP> le <SEP> conduit <SEP> de <SEP> décharge <SEP> à <SEP> éjecteur <SEP> est
<tb> très <SEP> fi <SEP> êquemment <SEP> applicable. <SEP> 11 <SEP> ressort <SEP> de
<tb> ce <SEP> qui <SEP> vient <SEP> cl'étre <SEP> dit <SEP> que' <SEP> si <SEP> le <SEP> conduit:
<SEP> de
<tb> d.échaï-;#e <SEP> est <SEP> clestirié <SEP> à <SEP> convertir <SEP> l'énergie <SEP> clé
<tb> vit.ess@- <SEP> V-iratoire <SEP> de <SEP> l'eau <SEP> sortant <SEP> de <SEP> la <SEP> roue
<tb> mobile <SEP> en <SEP> une <SEP> charge <SEP> utile, <SEP> il <SEP> est <SEP> avant.a geux, <SEP> dans <SEP> le <SEP> but <SEP> d'obtenir <SEP> les <SEP> résultats <SEP> les
<tb> plus <SEP> favorables <SEP> hc)ur <SEP> l'éjecteur, <SEP> que <SEP> l'eau <SEP> de
<tb> l'éjecteur <SEP> soit <SEP> in.iectée <SEP> clans <SEP> le <SEP> conduit:
<SEP> de
<tb> décharge <SEP> suivant <SEP> une <SEP> direction <SEP> possédant
<tb> une <SEP> cmnposante <SEP> rotatoire <SEP> ou. <SEP> giratoire <SEP> consi dérable, <SEP> clans <SEP> le <SEP> but <SEP> d'utiliser <SEP> plus <SEP> complète ment <SEP> la <SEP> capacitidu <SEP> conduit <SEP> Cie <SEP> déclraï ge <SEP> à
<tb> convertir <SEP> l'énergie <SEP> de <SEP> vitesse <SEP> en <SEP> énergie <SEP> de
<tb> pression.
<tb> L'eau <SEP> traveï sant <SEP> un <SEP> conduit.
<SEP> de <SEP> décharge
<tb> allant <SEP> en <SEP> augmentant <SEP> graduellement <SEP> de <SEP> sec tion <SEP> et <SEP> suivant <SEP> des <SEP> trajets <SEP> en <SEP> Corme <SEP> de <SEP> spirale
<tb> produit <SEP> une <SEP> action <SEP> centrifuge <SEP> donnant <SEP> lieu
<tb> à <SEP> un <SEP> accroissement <SEP> .de <SEP> pression <SEP> depuis <SEP> l'ex d'entrée <SEP> cru <SEP> conduit <SEP> de <SEP> décharge <SEP> jus qu'à <SEP> l'extrémité <SEP> de <SEP> sortie <SEP> de <SEP> ce <SEP> conduit, <SEP> ce
<tb> qui <SEP> a <SEP> pour <SEP> effet <SEP> de <SEP> diminuer <SEP> la <SEP> pression <SEP> ré gnant. <SEP> à <SEP> l'entrée <SEP> du <SEP> conduit <SEP> de <SEP> décharge <SEP> et.,
<tb> par <SEP> suite, <SEP> :
de <SEP> produire <SEP> un <SEP> accroissement. <SEP> du
<tb> courant <SEP> d'eau <SEP> tra.veï-sant <SEP> la <SEP> roue <SEP> motrice. <SEP> Si
<tb> l'eau <SEP> est <SEP> admise <SEP> clans <SEP> le <SEP> conduit <SEP> de <SEP> décharge
<tb> clans <SEP> une <SEP> direction <SEP> giratoire, <SEP> ella <SEP> continuera
<tb> à <SEP> se <SEP> mouvoir <SEP> clans <SEP> une <SEP> direction <SEP> giratoire
<tb> clans <SEP> le <SEP> conduit <SEP> de <SEP> décharge <SEP> de <SEP> section <SEP> trans versale <SEP> croissante <SEP> et <SEP> donnera <SEP> naissance <SEP> dans
<tb> ce <SEP> eGYICluit <SEP> à <SEP> 1lïle <SEP> force <SEP> :
centrifuge <SEP> dans <SEP> la
<tb> masse <SEP> d'eau <SEP> rccztative, <SEP> qui <SEP> aura <SEP> pour <SEP> effet <SEP> de
<tb> diminuer <SEP> la <SEP> pression <SEP> qui <SEP> règne <SEP> à <SEP> l'extrémité
<tb> d'entr=e <SEP> du <SEP> conduit.
<tb> II <SEP> ressort <SEP> de <SEP> ce <SEP> qui <SEP> précède <SEP> qu'on <SEP> .a <SEP> intérêt
<tb> à <SEP> ce <SEP> que <SEP> l'eau <SEP> cl'éje,eteur <SEP> pénètre <SEP> dans <SEP> le <SEP> con duit <SEP> de <SEP> décharge <SEP> suivant <SEP> une <SEP> direction <SEP> possé dant <SEP> une <SEP> grande <SEP> composante <SEP> parallèle <SEP> à <SEP> l'axe
<tb> dudit <SEP> conduit, <SEP> -ainsi <SEP> qu'une <SEP> composante <SEP> tan- gentielle ou circonférentielle par rapport a cet axe.
Le mouvement giratoire de l'eau, quai se manifeste déjà dans la chambre d'arrivée le la turbine lorsque cette chambre a la forme d'une volute, peut être utilisé pour augmenter le mouvement giratoire à l'intérieur du con duit de décharge en forme (le volute en pré voyant simplement un conduit direct de la dite chambre au conduit de décharge avec ou sans aubes directrices clans la boîte d'éjec- teur.
On a décrit plus haut plusieurs forme d'éjecteur et différents types de vannes ainsi que divers mécanismes pour commander la vanne. Toutefois, l'invention n'est pas limi tée aux formes d'exécution décrites et repré sentées. Par exemple, on pourrait prévoir un vannage du type a aubes directrices mobiles ou pivotantes analogues aux aubes cirectri- ces prévues à l'entrée de, la roue mobile et désignées par 3 dans la fig. 1, ou par 25 clans la fig. i; d'autre part, le mécanisme de com mande du vannage pourrait comporter des roues à chaîne, des combinaisons (le leviers et de barres etc.