Aménagement de turbine hydraulique à réaction à écoulement
axial.
La présente invention se rapporte à un aménagement de turbine hydraulique à réaction à écoulement axial, permettant la réalisation d'unités d'une grande simplicité, tant de construction que d'entretien, à insérer dans le circuit hydraulique entre une adduction et une évacuation d'eau, qui en outre présentent par rapport aux unités existantes une longévité accrue.
Traditionnellement, les turbines hydrauliques à réaction à écoulement axial sont montées en bout d'arbre, ce dernier étant porté à rotation entre un premier palier, agencé à proximité immédiate de la turbine, immergé dans le circuit hydraulique, et constituant donc "palier humide", et un second palier, en dehors du circuit hydraulique et à proximité de la prise de force, constituant "palier sec".
Le palier humide travaille dans des conditions défavorables, et est donc soumis à une usure plus rapide que le palier sec. De plus, le palier humide est beaucoup plus difficile d'accès que le palier sec, ce qui rend son entretien aussi bien que son remplacement éventuel difficile et réservé à un personnel spécialisé.
Enfin, le montage d'un palier immergé dans le circuit hydraulique entraine à cet endroit une réalisation compliquée et coûteuse de l'unité contenant la turbine.
L'invention a dès lors pour objet de proposer un aménagement de turbine hydraulique à réaction et à écoulement axial permettant la réalisation d'unités plus simples au point de vue de leur construction et de leur entretien, et également de plus grande longévité.
Si l'on considère que les turbines hydrauliques à réaction à écoulement axial, telles que les turbines Kaplan, semi-Kaplan et les turbines hélice se prêtent à l'exploitation des basses chutes, et sont donc particulièrement appropriées à la constitu- tion de micro et de mini centrales, on comprendra combien la longévité et la simplicité d'entretien sont des éléments importants pour les unités comportant de telles turbines. L'importance de ces facteurs s'accroît encore dans les pays en voie de développement.
Les buts de l'invention sont atteints en prévoyant, dans un aménagement de turbine hydraulique à réaction à écoulement axial dans lequel, d'un côté de la turbine, à proximité de celle-ci, le trajet du liquide présente un changement de direction, et dans lequel l'arbre de la turbine s'étend au-delà de ce changement de direction pour être porté à rotation dans un palier sec, que, de l'autre côté de la turbine, à proximité de celle-ci, le trajet du liquide -présente un second changement de direction, et que l'arbre de la turbine se prolonge de l'autre côté de la turbine, au-delà de ce second changement de direction, pour être porté à rotation dans un second palier sec.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, la turbine est logée dans un conduit présentant de part et d'autre de la dite turbine un coude, l'arbre de la turbine s'étend de part et d'autre de celle-ci jusqu'à la paroi des coudes du conduit, qu'il traverse de manière étanche, et le dit arbre est supporté à rotation, au-delà de chaque coude, dans des paliers situés en-dehors du conduit.
Suivant une caractéristique complémentaire de l'invention, les paliers sont solidaires du conduit, l'ensemble constituant une unité en vue du montage.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, la turbine est une turbine à axe vertical logée en chambre d'eau, dont l'arbre est monté à rotation dans un palier situé au-dessus du niveau de la chambre d'eau, tandis que le conduit situé en aval de la turbine présente, à proximité de celle-ci, un coude, et que l'arbre de la turbine se prolonge, au-delà de cette dernière, dans le conduit, jusqu'au coude dont il traverse la paroi de manière étanche pour être porté à rotation dans un
second palier en-dehors de la conduite.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, la turbine est une turbine Kaplan.
Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, la turbine est une turbine semi-Kaplan.
Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, la turbine est une turbine hélice.
L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description en même temps qu'a dessin annexé qui représente, uniquement à titre d'exemple, divers modes de réalisation de l'invention, et dans lequel:
- la fig 1 est une vue schématique, le conduit étant représenté en coupe, d'un aménagement suivant l'invention appliqué à une turbine tubulaire
- la fig 2 est également une vue schématique, le conduit étant représenté en coupe, d'un autre aménagement de turbine suivant l'invention
- la fig 3 est une vue schématique, en élévation et en coupe, d'un aménagement de turbine à axe vertical suivant l'invention.
Il convient de remarquer que les fig 1 et 2 peuvent aussi bien être des vues en élévation, auquel
cas la fig 1 représente un aménagement de turbine en siphon et la fig 2 un aménagement de turbine à arbre oblique, que des vues en plan, auquel cas les fig 1 et 2 représentent des aménagements de turbine à axe horizontal.
En se reportant à la fig 1, l'aménagement de turbine comprend un conduit 1 et une turbine hydraulique à réaction à écoulement axial 2, constituée d'un distributeur 3 et d'une roue 4. Le trajet du liquide, déterminé par la forme du conduit, présente un premier changement de direction dans un coude 5 en amont et à proximité de la turbine 2. La roue 4 de la turbine 2 est montée sur un arbre 6. Celui-ci s'étend à partir de la turbine en direction du coude 5, dont il traverse la paroi de manière étanche dans un presse-étoupe 7 pour être porté à rotation dans un palier 8 en-dehors du conduit 1.
Il se prolonge au-delà de ce palier 8 pour constituer une
prise de force 9.
Suivant l'invention, il est formé un second
changement de direction pour le trajet du liquide dans un
coude 5' en aval et à proximité de la turbine, tandis que
l'arbre 6 se prolonge également de ce côté de la
turbine, en direction du coude 5' dont il traverse la
paroi de manière étanche dans un presse-étoupe 7' pour
être porté à rotation dans un palier 8' en-dehors du
conduit 1. Suivant un mode de réalisation préféré de
l'invention, l'arbre 6 se prolonge au-delà de ce palier 8'
pour constituer une seconde prise de force 9'.
Dans ce mode de réalisation de la fig 1, les
centres de courbure des coudes 5, 5' se situent du même
côté du conduit 1, de sorte que celui-ci a une forme en
"U".
En se reportant au mode de réalisation de la fig
2, le conduit 21 est un conduit en "S" comportant deux coudes successifs 25, 25', dont les centres de courbure se
situent de part et d'autre du conduit 21. La turbine 22
est disposée entre ces deux coudes 25, 25', tandis que
l'arbre 26, qui se dispose axialement à la partie de
conduit recevant la turbine 22, s'étend de part et d'autre
de cette dernière jusqu'au-delà des coudes 25, 25', dont
il traverse la paroi par des presse-étoupe 27, 27' pour
être porté à rotation, en-dehors du conduit 21, dans des
paliers 28, 28'.
Suivant les modes de réalisation préférés de
l'invention représentés aux fig 1 et 2, les paliers 8, 8', respectivement 28, 28' sont solidaires du conduit 1
respectivement 21.
Le mode de réalisation de la fig 2 permet
également la constitution de deux prises de force 29, 29',
une à chaque extrémité de l'arbre 26.
L'invention s'applique aussi aux turbines
hydrauliques à réaction à écoulement axial, à axe vertical.
En effet, dans le cas où l'aménagement de la turbine s'effectue entièrement à l'aide de conduits, la situation sera substantiellement la même que celle représentée aux fig 1 et 2, sauf que l'arbre de la turbine sera disposé verticalement entre deux coudes successifs du conduit.
Elle s'applique aussi aux turbines en chambre(s) d'eau - avec axe horizontal, incliné ou vertical - telles que celle représentée à titre d'exemple avec un axe vertical à la fig 3.
Dans l'exemple représenté, le trajet de l'eau change de direction dans la chambre d'eau 30 lorsque le fluide s'engage, au travers de la turbine 32, dans le conduit 31. L'arbre 36 de la turbine s'étend, de manière connue, au-delà de ce changement de direction, jusqu'au-dessus du niveau de l'eau dans la chambre d'eau
30 pour être porté à rotation dans un palier 38, dont il
1 fait saillie pour constituer une prise de force 39.
Immédiatement en aval de la turbine, un coude 35 est formé dans le conduit 31.
Suivant l'invention, l'arbre 36 s'étend au-delà de la turbine 32 jusqu'à la paroi du coude 35, qu'il traverse par un presse étoupe 37'. Il aboutit ainsi à un second palier 38', situé en-dehors du conduit 31 et du trajet du liquide, dans lequel il est porté à rotation.
Dans les divers modes de réalisation décrits et illustrés dans la présente demande, l'arbre de la turbine, qui s'étend axialement au trajet du fluide dans le conduit, est donc supporté de part et d'autre de la dite turbine dans des paliers situés en-dehors du trajet du fluide, c'est à dire dans des paliers secs, et leur longévité est ainsi assurée.
La construction du conduit est de plus grandement simplifiée, celui-ci ne devant plus comporter d'organe interne de support de l'arbre.
En outre, lorsque le trajet du fluide est assuré de part et d'autre de la turbine par un conduit, comme dans les modes de réalisation des fig 1 et 2, l'accès aux paliers est particulièrement aisé, et une seconde prise de force peut être prévue sur l'arbre sans augmentation du coût de l'ensemble. Ces derniers avantages n'existent
pas sans d'importants investissements, tels que la construction d'une chambre de visite ou d'un local pour la seconde prise de force, dans le mode de réalisation avec chambre(s) d'eau comme illustré schématiquement en fig 3, de sorte que ce dernier ne constitue pas un mode de réalisation préféré de l'invention.
L'aménagement suivant l'invention s'applique bien entendu à n'importe quel type de turbine hydraulique à écoulement axial tel que les turbines Kaplan, semi-Kaplan et hélice, et est particulièrement approprié à des miniet microcentrales à turbine Kaplan, semi-Kaplan ou hélice, et ce en raison de sa longévité et de sa simplicité d'entretien par un personnel non ou peu spécialisé.
L'invention a été décrite et illustrée à simple titre d'exemple nullement limitatif, et il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à sa réalisation sans s'écarter de son esprit.
REVENDICATIONS
1. Aménagement de turbine hydraulique à réaction à écoulement axial dans lequel, d'un côté de la turbine
(2;22;32), à proximité de celle-ci, le trajet du liquide présente un changement de direction (5;25;30), et dans lequel l'arbre (6;26;36) de la turbine s'étend au-delà de ce changement de direction pour être porté à rotation dans un palier sec (8;28;38), caractérisé en ce que, de l'autre côté de la turbine (2;22;32), à proximité de celle-ci, le trajet du liquide présente un second changement de direction (5';25';35), et en ce que l'arbre
(6;26;36) de la turbine se prolonge de l'autre côté de la turbine (2;22;32), au-delà de ce second changement de direction (5';25';35), pour être porté à rotation dans un second palier sec (8';28';38').
2. Aménagement de turbine hydraulique à réaction à
Flow-through reaction turbine arrangement
axial.
The present invention relates to an arrangement of hydraulic turbine with axial flow reaction, allowing the realization of units of great simplicity, both construction and maintenance, to be inserted in the hydraulic circuit between a supply and an evacuation of 'water, which also have an increased longevity compared to existing units.
Traditionally, axial flow reaction hydraulic turbines are mounted at the end of the shaft, the latter being rotated between a first bearing, arranged in the immediate vicinity of the turbine, immersed in the hydraulic circuit, and therefore constituting "wet bearing" , and a second bearing, outside the hydraulic circuit and close to the PTO, constituting "dry bearing".
The wet bearing works in unfavorable conditions, and is therefore subject to faster wear than the dry bearing. In addition, the wet bearing is much more difficult to access than the dry bearing, which makes its maintenance as well as its eventual replacement difficult and reserved for specialized personnel.
Finally, the mounting of a bearing immersed in the hydraulic circuit leads to this location a complicated and costly production of the unit containing the turbine.
The object of the invention is therefore to propose an arrangement of a reaction and axial flow hydraulic turbine allowing the production of simpler units from the point of view of their construction and maintenance, and also of greater longevity.
Considering that axial flow reaction hydraulic turbines, such as Kaplan, semi-Kaplan and propeller turbines are suitable for the exploitation of low falls, and are therefore particularly suitable for making micro and mini power plants, it will be understood how important longevity and simplicity of maintenance are for the units comprising such turbines. The importance of these factors is still increasing in developing countries.
The aims of the invention are achieved by providing, in an arrangement of an axial flow reaction hydraulic turbine in which, on one side of the turbine, close to the latter, the path of the liquid changes direction, and in which the turbine shaft extends beyond this change of direction to be rotated in a dry bearing, that, on the other side of the turbine, close to the latter, the path liquid - has a second change of direction, and the turbine shaft extends on the other side of the turbine, beyond this second change of direction, to be brought to rotation in a second dry bearing.
According to another characteristic of the invention, the turbine is housed in a duct having on either side of said turbine an elbow, the shaft of the turbine extends on either side thereof up to 'to the wall of the elbows of the duct, which it crosses in leaktight manner, and the said shaft is supported in rotation, beyond each bend, in bearings situated outside the duct.
According to an additional characteristic of the invention, the bearings are integral with the duct, the assembly constituting a unit for mounting.
According to another characteristic of the invention, the turbine is a vertical axis turbine housed in a water chamber, the shaft of which is rotatably mounted in a bearing situated above the level of the water chamber, while the duct located downstream of the turbine has, near it, a bend, and the shaft of the turbine extends, beyond the latter, in the duct, to the bend which it crosses wall tightly to be rotated in a
second level outside the pipe.
According to another characteristic of the invention, the turbine is a Kaplan turbine.
According to yet another characteristic of the invention, the turbine is a semi-Kaplan turbine.
According to yet another characteristic of the invention, the turbine is a propeller turbine.
The invention will be better understood by referring to the description at the same time as an attached drawing which represents, by way of example only, various embodiments of the invention, and in which:
- Fig 1 is a schematic view, the duct being shown in section, of an arrangement according to the invention applied to a tubular turbine
- Fig 2 is also a schematic view, the duct being shown in section, of another turbine arrangement according to the invention
- Fig 3 is a schematic view, in elevation and in section, of a vertical axis turbine arrangement according to the invention.
It should be noted that Figs 1 and 2 may as well be elevation views, at which
case fig 1 represents a turbine arrangement in a siphon and fig 2 a turbine arrangement with oblique shaft, only plan views, in which case fig 1 and 2 represent turbine arrangements with horizontal axis.
Referring to FIG. 1, the turbine arrangement comprises a duct 1 and an axial flow reaction hydraulic turbine 2, consisting of a distributor 3 and a wheel 4. The path of the liquid, determined by the shape of the duct, has a first change of direction in an elbow 5 upstream and near the turbine 2. The wheel 4 of the turbine 2 is mounted on a shaft 6. This extends from the turbine in the direction of the elbow 5, the wall of which it crosses in a sealed manner in a cable gland 7 so as to be carried in rotation in a bearing 8 outside the duct 1.
It extends beyond this level 8 to constitute a
PTO 9.
According to the invention, there is formed a second
change of direction for the path of the liquid in a
5 'elbow downstream and near the turbine, while
shaft 6 also extends on this side of the
turbine, in the direction of the 5 ’elbow through which it
wall tightly in a 7 'cable gland for
be rotated in a bearing 8 'outside the
conduit 1. According to a preferred embodiment of
the invention, the shaft 6 extends beyond this bearing 8 '
to constitute a second PTO 9 '.
In this embodiment of FIG. 1, the
centers of curvature of the elbows 5, 5 'are of the same
side of duct 1, so that it has a shape in
"U".
Referring to the embodiment of fig
2, the conduit 21 is an "S" conduit comprising two successive elbows 25, 25 ', the centers of curvature of which are
located on either side of the duct 21. The turbine 22
is arranged between these two elbows 25, 25 ', while
the shaft 26, which is arranged axially at the part of
duct receiving the turbine 22, extends on both sides
from the latter to beyond the elbows 25, 25 ', of which
it crosses the wall by stuffing boxes 27, 27 'for
be rotated, outside the conduit 21, in
bearings 28, 28 '.
According to the preferred embodiments of
the invention shown in fig 1 and 2, the bearings 8, 8 ', respectively 28, 28' are integral with the conduit 1
respectively 21.
The embodiment of fig 2 allows
also the constitution of two PTOs 29, 29 ',
one at each end of the shaft 26.
The invention also applies to turbines
axial flow reaction hydraulics, vertical axis.
Indeed, in the case where the turbine is fitted out entirely using conduits, the situation will be substantially the same as that shown in Figs 1 and 2, except that the turbine shaft will be arranged vertically between two successive bends in the duct.
It also applies to turbines in a water chamber (s) - with a horizontal, inclined or vertical axis - such as that shown by way of example with a vertical axis in FIG. 3.
In the example shown, the path of the water changes direction in the water chamber 30 when the fluid engages, through the turbine 32, in the duct 31. The shaft 36 of the turbine s' extends, in known manner, beyond this change of direction, up to above the water level in the water chamber
30 to be rotated in a bearing 38, of which it
1 protrudes to constitute a power take-off 39.
Immediately downstream of the turbine, an elbow 35 is formed in the duct 31.
According to the invention, the shaft 36 extends beyond the turbine 32 to the wall of the elbow 35, which it crosses through a cable gland 37 '. It thus leads to a second bearing 38 ', located outside the conduit 31 and the path of the liquid, in which it is rotated.
In the various embodiments described and illustrated in the present application, the turbine shaft, which extends axially to the path of the fluid in the duct, is therefore supported on either side of said turbine in bearings located outside the fluid path, that is to say in dry bearings, and their longevity is thus ensured.
The construction of the conduit is further greatly simplified, the latter no longer having to include an internal shaft support member.
In addition, when the fluid path is provided on either side of the turbine by a conduit, as in the embodiments of FIGS 1 and 2, access to the bearings is particularly easy, and a second PTO can be provided on the tree without increasing the cost of the assembly. These latter advantages do not exist
not without major investments, such as the construction of an inspection chamber or a room for the second PTO, in the embodiment with water chamber (s) as illustrated diagrammatically in FIG. 3, so that the latter does not constitute a preferred embodiment of the invention.
The arrangement according to the invention applies, of course, to any type of axial flow hydraulic turbine such as Kaplan, semi-Kaplan and propeller turbines, and is particularly suitable for mini and micro-turbines Kaplan turbines, semi- Kaplan or propeller, and this because of its longevity and its simplicity of maintenance by personnel not or little specialized.
The invention has been described and illustrated simply by way of nonlimiting example, and it goes without saying that many modifications can be made to its realization without departing from its spirit.
CLAIMS
1. Arrangement of an axial flow reaction hydraulic turbine in which, on one side of the turbine
(2; 22; 32), near the latter, the path of the liquid has a change of direction (5; 25; 30), and in which the shaft (6; 26; 36) of the turbine extends beyond this change of direction to be rotated in a dry bearing (8; 28; 38), characterized in that, on the other side of the turbine (2; 22; 32), near this, the path of the liquid presents a second change of direction (5 '; 25'; 35), and in that the shaft
(6; 26; 36) of the turbine extends on the other side of the turbine (2; 22; 32), beyond this second change of direction (5 '; 25'; 35), to be worn rotating in a second dry bearing (8 '; 28'; 38 ').
2. Arrangement of hydraulic turbine with reaction to