Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
~S68~
La presente in~e~tion se rapporte aux pompes et tur-
bines-~ompes multietages a difEuseur ~ixe utilisees dans les ins-
tallations hydroelectriques, et concerne plus specialement un
dispositif permettant dlen faciliter le demarrage.
Le demarrage des pompes ou des turbines-pompes en
pompe, lorsque ces machines sont à plusieurs etages et a diffu-
seurs fixes, s~effectue actuellement toujours roues no~ees, au~
tant en raison des difficultes que rencontrerait dans llautre cas
l'implantation de tuyauteries de vidange dleau et d'amenee d~air
comprime, qu~en raison des probl~mes que creeraient les instabili-
tes qui seraient dues à l'evacuation brutale de l'air sous la pous-
see de l'eau au moment du renoya~e.
La sequence classique de demarrage de telles pompes ou
turbines-pom.pes consiste, le robinet de garde etant ~e~me, a dé-
marrer la pompe soit à l'aide.d'un moteur synchrone auxiliaire,
soit à l'aide de son moteur synchrone fonctionnant alors, gr~ce
à des equipements speciaux ou à un surdimensionnement des bobina-
~es du rotor, en moteur synchrone. On augmente alors progressi-
vement la vitesse jusqu~ parvenir à la vitesse de s~nchronisme.
On couple alors le moteur synchrone et l~on ouvre progressivement
le robinet de garde jusqu'à ce ~e l~on obtienne le debit no~inal.
La puissance fournie à debit nul au voisinage de la ~itesse de
synchronisme, appelee " puissance de barbotage" est souvent, dans
le cas des pompes à diffuseurs fixes, une fraction non négligea-
ble de la puissance nominale, et peut atteindre 90~ de celle~
Il en résulte d'une part un echauffement de l~eau ~ debit nul ~ui
risque d'entralnerl par une dilatation differentielle de certaines
pièces de la turbine entre parties fixes et parties mobiles, l'en-
dommagement de certaines de ces pieces, et d~autre part une neces-
sité de surdimensionnement du moteur utilisé pour le demarrage,que celui-ci soit un moteur auxiliaire, le rnoteur principal de la
turbine-pompe, ou le moteur synchrone principal de la pompe slil
1,
,.~, . .
~L2~
s'agit d'une pompe classique.
Selon la présente invention, il est prévu une
pompe ou turbine-pompe multiétages à diffuseur fixe et
démarrant roues noyées, comprenant:
- un dispositif auxiliaire placé au-niveau de
l'étage inférieur, cet étage inférieur comprenant une
roue suivie d'un diffuseur fixe,
- des moyens prévus dans ce dispositif auxiliaire
pour créer un grand nombre de jets d'eau sous pression
créant un écran d'eau dans un espace annulaire situé
entre la sortie de la roue et le diffuseur,
- des moyens pour effectuer un démarrage de la
pompe soit à débit partiel soit à débit nul.
~'écran d'eau ainsi créé limite alors au dëmarrage
le frottement fluide sur le diffuseur fixe relatif à
l'étage considéré, ainsi que les recirculations à travers
les aubages dudit diffuseur, ce qui permet de diminuer de
manière non négligeable le couple de barbotage.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la
description suivante d'un exemple de réalisation non
limitatif, appliqué au démarrage en pompe d'une turbins-pompe
à trois étages et à diffuseurs fixes, en référence aux
dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudi-
nale de la turbine-pompe de l'invention,
- la figure 2 est une représentation schématique agrandie
du dispositif d'injection de jets d'eau équipant la pompe
de la figure 1,
- la figure 3 est une vue développée de l'anneau d'in-
jection de jets d'eau équipant le dispositif d'injection
de la figure 2,
- la figure 4 est une vue développée d'une variante d'anneau
dlinjection pouvant équiper le dispositif d'injection de
la fi-
~2C~5S~Ad
gure 2~
- la fi~ure 5 represente sc~emati~uement une.var.iante de dispo-
sitif a'i~jection de iets d'eau pou~ant equiper la pompe de
la figure 1,
- la fi~ure 6 est une vue developpee du tronc de cone dlinjec~
tion de jets d'eau equipant-le dispositif d'injection de la
figure 5.
On reconnait sur la representation schematique de la
figure 1 une turbine-pompe hydroelectrique a trois éta~es, com-
portant, dans le sens de l'ecoulement lorsque la machine, comme
c'est le cas pour l'invention, fonctionne en pompe:
- un aspirateur 1 dlarrivee d'eau,
- un premier etage comportant une roue a aubes 2 suivie d'un
diffuseur fixe 3,
- un premier circuit de retour 4 servant à amener l'eau vers 1
second etage,
- un second etage comportant une roue à aubes 5 et un diffuseur
fixe 6,
- lln second circuit de retour 7 permettant d'amener l'eau jus~
qu'au troisième etage,
- un troisième et dernier etage comportant une roue a aubes 8 et
un diffuseur fixe 9,
- un clrcuit de sortie, ou " bache" , comportant u~ avant-dif-
fuseur 10 et une volute 11,
une conduite forcee de refoulement 12 munie d'un robinet de
~arde 13.
L'ensemble de ces elements, ~ l'exception de l'aspi--
rateur et de la volute qui sont dissymetriques, est par ailleurs
de revolution autour de l'arbre 14 de la machin~.
Conformément ~ l'invention, l'eta~e in~erieur de ~a
machine est muni d'un dispositif perme~-tant d'injecter de bas en
haut et parallelement a l'arbre 14, une centaine de jets dleau
12~S~ 2
SOU5 press'io~ 16 dans ~lespace an~ulaire 15 separant la roue 2
du diffuseur 3. Ce dispositif~ qui sera decrit plus en details
en reference aux ~igures 2 et 3 est constitue essen-tiellement
par un anneau distributeur dleau 17, ou collecteur, muni d~une
arrivee d'eau sous pression 18 et perçe a sa partie superieure
d'un grand nombre de canaux 19 permettant l~ejection des jets
d'eau 16. Pour amener l'eau sous pression en 18, on utilise
une canalisation de dérivation 20, ou " b~-pass~ r qui raccorde
l'entrée 18 ~ la conduite d'évacuation 12, soit en 21 ~ l'amont
du robinet de garde 13, soit en 22 a l~aval de celui-ci, selon
que les robinets sphériques 23 et 24, places sur les canalisa-
tions 25 et 26 sont respectivement le premier ouvert et le second
~erme ou le premier ferme et le second ouvert.
Dans le cas o~ l'on souhaitera effectuer le démarra-
ge de la pompe ~ debit nul, c~est-~-dire avec le robi~et de gar-
de 13 totalement ferme, on prendra la derivation de by~pass 20
en 22, donc en ouvrant le robinet 24, le robinet 23 étant fermé,
la pression d'eau d'injection par les canaux 19 etant alors fonc~
tion de la hauteur de chute résiduelle par rapport au bassin su-
perleur. Par contre, pour un demarrage à debit partiel, a~ec lerobinet de garde 13 leg~rement o'uvert, on prendra avantageusement
la derivation en 21, le robinet 23 étant ouvext et le robinet 24
ferme, ce qui evite en particulier la perte de charge dans le
robinet de garde 13.
La coupe schematique de la figure 2 montre plus en dé-
tails le dispositif auxiliaire dlinjection de iet~ d~eau de la
Eigure 1.
Comme on le voit sur le dessin le collecteur annulai-
re 17 est constitué de deux pieces 27 et 28 La pi2ce annulaire
27 s'appuie sur le corps de l'aspirateur 1; l'étanchéité entre la
partie f'ixe 27 et la roue 2 est assuree par un joint 29. Par ail-
leurs, la partie superieure de la piece 27 est usi~ee de ~aniere
~2~ z
à former une roue dentee 30 à dents axi~les, dont 1~ fi~ure 3
en represente une vue developpee~ ce qui permet de definir par
appui sur l'autre pièce 28 une serie de canaux verticaux 19 de
passage des jets 16. Comme mentionne precedemment, ~es jets
d'eau sous pression 16 permettent de former, dans l~espace 15,
un écran d'eau li~se permettant dlisoler la roue 2 du diffuseur
3 et de diminuer ainsi la puissance de barbotage
La figure 4 montre une variante avantageuse de la
roue dentée 30 de la figure 2. Selon cette variante, les dents
definissant les canaux 19 sont inclinées par rapport a l~hori~
zontale d'un angle avantageusement situé aux alentours d~une txen~
taine de degres, et en tous cas inferieur à 90 degres~ de maniare
a diriger les jets 16 dans le sens tendant à ~aire tourner en pom-
pe les aubes de roue 2. De la sorte, les jets 16 de l~ ention
ont, outre leur fonction de cration d'un ecran d~eau, une fonc-
tion d'aide au demarrage de la pompe.
Les figures 5 et 6 montrent une variante du disposi-
tif selon les figures 2 et 4, se differenciant de celles-ci par
le fait que la roue aentée 30 est une roue tronc6nique, les ca-
naux 19 etant alors non seulement inclines, comme on le voit sur
la figure 6, d'environ 30 degres par rapport a l'~orizontale,
mais etant en outre inclinés d'approximativement la même valeur
par rapport à la verticale et vers la gauche, c'est-a-dire vers
la roue 2, les deux angles d'inclinaison etant en tous cas infé-
rieurs ~ 90 degrés. La demanderesse a trouvé que cette disposi-
tion permettait aux jets 16 d'encore mieux assister le démarra-
ge en pompe de la machine, tout en créant dans l'espace 15 un
écran dleau aussi efficace que celui créé par les configurations
de roues dentées 30 selon les figure~ (2, 3) et (2, 4).
Il va de soi que l~invention nlest pas ~imitée aux
réalisations qui viennent d'etre décrites ~ titre d~exemple. En
particulier, ces réal:isations ne comportent qu'un dispositif
.
s6~z
117, l9) d~injection de jets d~eau ~ers le haut dans l~es~ace
15 place a la partie inferieure de celui-ci~ a de soi qulon
pourrait aussi bien placer un te'l dispositif en outre ou unique
ment à la partie superieure de cet espace 15, injectant alors
des jets 16 diriges ~ers le bas. Toutefois~ une telle dispo~
sition poserait des probl8mes supplementaires d~encombrement de
sorte que la disposition decrite precedemment a ete trou~ee pre~
ferentielle et d'une efficacite suffisante. On pour~ait aussi
munir tout ou partie des autres etages d'un disposit.i~ de crea~
tion d~un rideau d~eau selon l'invention, mais leur efficacite
serait toutefois moindre que sur lletage inferieur en raison de
la diminution de la puissance des jets 16 sur les étages sui~tants~
il serait dans ce cas souhaitable d~adjoindre sur chaque canal 20
une pompe auxiliaire perme~tant d~augmenter la puissance des jets
16.
