Turbine hydraulique. La: présente invention a, polir objet une turbine hydraulique à réaction avec chambre pour recevoir la. décharge du rotor.
La forme de cette chambre dans un pl-in à angle droit sur l'axe de la turbine s'obtient en considérant la forme des lignes de courant clans deux dimensions qui s'obtiennent lors qu'on superpose une source à un courant d'eau parallèle. La réalisation d'une super position de ce genre d'après les principes bien connus d'hydrodynamique conduit à l'obten tion de deux systèmes dus respectivement aux deux systèmes élémentaires superposés, la ligne séparatrice des deux systèmes étant une ligne de forme semi-ovale dont les deux côtés sont asymptotiques à deux lignes parallèles à la direction originelle du courant .d'eau.
Cette ligne séparatrice est cho-'sie comme tracé approximatif de la chambre de décharge dans un plan normal à, l'axe de la, turbine. Un caractère de cette courbe est qu'elle ap- parait sans changement, dans le ,cas où le cou rant provenant de la source est pùrement ra dial, comme aussi lorsque la, vitesse de la, dé- charge possède une composante eirconféren- tielle (le valeur quelconque différente de zéro.
Il s'en suit qu'une chambre présentant un tracé de -ce genre est .adaptée pour la couver- si-on d'énergie de vitesse en énergie de pres sion aussi bien lorsque la vitesse est radiale que lorsqu'elle contient une composante de rotation.
La considération de courants clans un système plan exige que la chambre présente une hauteur uniforme dans la direction per pendiculaire au plan de ces courants. Toute fois, si l'on employait une telle disposition, il s'écoulerait .dans la chambre une quantité d'eau plus grande dans une direction que .dans l'autre. Pour éviter .cet inconvénient, il est avantageux de dimensionner cette hauteur de la chambre de place en place, de manière à obtenir une égalisation approximative de la. >itesse de décharge dans la chambre.
Des formes d'exécution de l'objet de l'in vention sont représentées, à titre d'exemple, au dessin .ci-annexé dans lequel: Les fib. 1, ? et 3 montrent respectivement en coupe axiale, en plan et en élévation une chambre de déeh.arbe applicable à une turbine centrifuge;
Les fig. la, lu et de sont des schémas in cliquant la méthode employée pour déterminer la. forme de la chambre de déeliarge; Les fis. 5 et 6 sont des coupes axiale et transversale faites respectivement suivant les lignes 17-17 et 18-18 et montrant l'appli cation d'une chambre de décharge pour le cas d'une turbine à écoulement:
< axial Cie la. roue La. fis. 7 est une eoupe axiale représen tant l'arrangement d'une turbine<B>il,</B> axe ver tical injectée sur les deux faces de la. roue.
La courbe formée par la ligne, séparatrice entre les deux systèmes mentionnés plus haut est indiquéé par la ligne 72 sur les fis. la et d>>. Dans la. fib. -la, les autres lignes repré sentent les filets liquides à l'intérieur de la courbe-limite 7 2 pour le cas oit le courant provenant do la source est purement radial.
Dans la fis. 4h, on a représenté (les filets cor- respondants pour le cas d'un courant de rota tion dans la même courbe-limite. En exami nant la fib. la, on verra que, dans le cas du système plan représenté, il se décharge d'un côté dit cercle<B>73</B> un plus grand débit que de l'autre côté.
On considère qu'il coule clans l'u nité do temps la même quantité d'eau entre n'importe laquelle des paires de filets adja cents .de cette figure. .fin d'en faire une ree- tification approximative, on fait varier d'un point à l'autre les dimensions de la chambre de déehar#be parallèles à l'axe, la variation étant calculée d'après les filets liquides de la fi-, la, de telle sorte qu'aux endroit:
oit la vitesse du courant se trouve ètre restreinte, la. hauteur de la chambre est accrue proporlion- nellement. Il ;'ensuit que la cha.m.bre, qui doit. évidemment avoir une hauteur uniforme ait e(rcle 7 3 qui coïncide av e^ le diamètre exté rieur de la roue, s a#-r#roît probressivemen t en hauteur depuis ce cercle jusqu'à la paroi-liinite 7 2 de la chambre.
Cet accroissement progres sif peut se déterminer comme suit: La fib. <B>le</B> montre une coupe de la chambre faite suivant la droite 74 de la fib. la. partir demilieux des sebnient;s <B>75, 76,</B> dé terminés sur la droite 7-1 par deux files li quides a(haeent,, sont projetées les droites (Î, 78, etc., qui servent d'ordonnées pour mesurer la hauteur de la chambre dans la fig. le.
Ces hauteurs sont faites proportionnelles aux lon- btteurs dearo.@ 7@1, \i11, eti@,, détermines sur le cercle 7 3 par 'les mêmes filets liquides que lis segments correspondants<B>75, 76,</B> etc. Ce cal cul s'étend à butes les quinze divisions de la.
ligne 7-1. Il .s'en suit: la forme de la section de la fis. -le. On peut obtenir la hauteur de la .chambre en d'autres points, en considérant due le cerele 73 et la ligne-limite <B>72,</B> ainsi due toutes les courbes représentées sur la fis. 1t:
, sont des courb,rs de niveau. L a hauteur le long de la. courbe 81 est évidemment celle qui est donnée par l'ordonnée 82. Aux se^4io.ns 84 @ct 85 correspondent les lignes 86 et 87.
On constatera. due le mode d'opérer tel qu'il vient d'être indicttié a pour résultat la production d'une chambre de décharge qui présente la forme indiquee sur les fib. 1, 2 et 3.
Les lignes en trait; interrompus tracée; sur la fib. 3 sont une coupe par 15-15 de la fib. ?. Une e:
3r._ictéristique générale d(# cette chambre est qu'elle est semi-ovale en plan, que sa hauteur s'accroit progressivement (lit centre vers l'extérieur et que l'ouverture le décharge est d'une hauteur bien plus brande sur les côté; que près du centre.
L a. fig. 7 montre l'emploi de la chambre (le décharge de forme établie suivant la pré sente invention, en établissant un arrange- nient simple et compact d'installation de tur bine à réaction du type centrifuge. L'exem ple montré une turbine ove,- son appareil de guidage, pour grande vitesse, spécifique et basse chute.
On y emploie un dispositif à arbre vertical et la roue de la turbine 21 est placée plu; bas que le niveau de l'eau dans le canal de fuite (37. L'eau s'en échappe di- reeternent dans une clrinibre de décharge 68 qui présente une forme semi-ovale cri coupe horizontale, ainsi qu'il a.
été décrit ci-dessus, et qui débouche dire(#tement dans le canal de fuite. L'eau arrive .du bief 69 et passe dans les chambres d'admission 70 et 71 arrangées au-dessus et .en dessous de la roue de turbine. De ces chambres, l'eau passe par les aubes directrices 23 pour arriver à la roue de tur bine. Le trajet général que décrit l'eau est indiqué par des flèches. Cet arrangement donne dans un espace comparativement res treint et dans une forme qui peut s'exécuter aisément une turbine dont le débit est rela tivement grand.
Le court trajet et la faible courbure .des filets pour franchir les-chambres d'admission, la turbine et la chambre de dé charge indiquent qu'on est en mesure d'ob tenir un rendement relativement élevé.
Dans le cas où la réalité correspond avec une approximation suffisante aux conditions envisagées de courant dans la chambre, il est désirable de s'en tenir au dessin tel qu'il est établi en ayant recours au procédé indiqué plus haut. Mais clans les cas où la réalité ne correspond pas avec une approximation suffi sante pour les conditions initiales, on peut s'écarter, dans certaines limites, de la forme précise que' donne cette manière d'opérer.
Las fig. 5 et 6 représentent un cas semblable où l'on emploie une chambre de .décharge pour une turbine d'où l'eau sort dans une di rection axiale, de sorte qu'elle doit se tour ner à angle .droit à l'entrée ou à l'intérieur de la chambre de -décharge. L'eau y afflue en franchissant le tuyau d'aspiration 90 et elle se décharge par l'ouverture 91. La cham bre présente encore en plan une forme semi- ova.le, excepté en 92, où une arête est placée en une position qui n'influe pas d'une ma nière appréciable sur le courant, comme l'in dique la fig. 4a.
On introduit une ,colonne de support 93 pour des raisons constructives. On remarquera que, sur les côtés, cette ou verture d'écoulement a une hauteur réelle ment plus grande qu'au centre. En utilisant une chambre de ce genre, l'eau qui entre axialement par le tuyau d'aspiration 90 et qui peut avoir une composante -de rotation est déviée d'un angle droit et se décharge à une vitesse considérablement réduite et approxi mativement uniforme, dans le bief d'aval, la forme de la chambre étant de nature à- con tribuer à la transformation d'une partie de la vitesse en pression.
Hydraulic turbine. The: present invention has, object polish a hydraulic reaction turbine with chamber for receiving the. rotor discharge.
The shape of this chamber in a pl-in at right angles to the axis of the turbine is obtained by considering the shape of the streamlines in two dimensions which are obtained when a source is superimposed on a current of parallel water. The realization of a super position of this kind according to the well-known principles of hydrodynamics leads to the obtaining of two systems due respectively to the two superimposed elementary systems, the dividing line between the two systems being a line of semi-form. oval whose two sides are asymptotic with two lines parallel to the original direction of the water current.
This dividing line is chosen as an approximate course of the discharge chamber in a plane normal to the axis of the turbine. A characteristic of this curve is that it appears unchanged in the case where the current from the source is purely radical, as also when the velocity of the discharge has an eirconferential component. (any value other than zero.
It follows that a chamber with such a layout is suitable for covering energy from speed to pressure energy both when the speed is radial and when it contains a component. of rotation.
Consideration of currents in a planar system requires that the chamber have a uniform height in the direction perpendicular to the plane of these currents. However, if such an arrangement were employed, more water would flow into the chamber in one direction than in the other. To avoid this drawback, it is advantageous to dimension this height of the chamber from place to place, so as to obtain an approximate equalization of the. > rate of discharge in the chamber.
Embodiments of the object of the invention are shown, by way of example, in the accompanying drawing in which: The fib. 1,? and 3 show respectively in axial section, in plan and in elevation a deh.arbe chamber applicable to a centrifugal turbine;
Figs. la, lu and de are diagrams by clicking the method used to determine the. shape of the deeliarge chamber; The fis. 5 and 6 are axial and transverse sections taken respectively along lines 17-17 and 18-18 and showing the application of a discharge chamber for the case of a flow turbine:
<axial Cie la. wheel La. fis. 7 is an axial eoupe representing the arrangement of a turbine <B> it, </B> vertical axis injected on both sides of the. wheel.
The curve formed by the dividing line between the two systems mentioned above is indicated by line 72 on the seams. la and d >>. In the. fib. -la, the other lines represent the liquid streams inside the limit curve 72 for the case where the current coming from the source is purely radial.
In the fis. 4h, we have represented (the corre- sponding threads for the case of a rotational current in the same limit curve. By examining the fib. La, we will see that, in the case of the plane system represented, it is discharge on one side called circle <B> 73 </B> a greater flow rate than on the other side.
The same amount of water is considered to flow in a unit of time between any of the adjacent pairs of nets in this figure. .in order to make an approximate reestification, the dimensions of the dehar # be chamber are varied from point to point parallel to the axis, the variation being calculated from the liquid threads of the fi-, la, so that at places:
where the speed of the current is restricted, there. the height of the chamber is increased proportionally. It; 'ensues that the cha.m.bre, which must. Obviously have a uniform height at e (rcle 7 3 which coincides with the outside diameter of the wheel, s a # -r # probably rises in height from this circle to the wall-liinite 7 2 of the chamber.
This progressive increase can be determined as follows: The fib. <B> le </B> shows a section of the chamber taken along line 74 of the fib. the. starting from the middle of the sebnient; s <B> 75, 76, </B> defined on the line 7-1 by two liquid lines a (haeent ,, are projected the lines (Î, 78, etc., which serve as 'ordinates to measure the height of the chamber in fig.
These heights are made proportional to the lengths of dearo. @ 7 @ 1, \ i11, eti @ ,, determined on circle 7 3 by 'the same liquid threads as their corresponding segments <B> 75, 76, </B> etc. This cal cul extends to butes the fifteen divisions of the.
line 7-1. It follows: the shape of the section of the fis. -the. The height of the chamber can be obtained at other points, by considering due the cerele 73 and the limit line <B> 72, </B> thus due all the curves represented on the fis. 1t:
, are level curves, rs. The height along the. curve 81 is obviously that which is given by ordinate 82. To the lines 84 @ct 85 correspond lines 86 and 87.
We will see. due to the mode of operation as just mentioned results in the production of a discharge chamber which has the shape indicated on the fib. 1, 2 and 3.
The dashed lines; interrupted plotted; on the fib. 3 are a 15-15 cut through the fib. ?. A:
3r._ general icteristic d (# this chamber is that it is semi-oval in plan, that its height increases progressively (center bed towards the outside and that the opening the discharge is of a much larger height on the sides; that near the center.
The. fig. 7 shows the use of the chamber (the discharge of form established according to the present invention, establishing a simple and compact arrangement of installation of a reaction turbine of the centrifugal type. The example shown an oval turbine, - its guidance device, for high speed, specific and low fall.
A vertical shaft device is employed therein and the impeller of the turbine 21 is placed further; lower than the water level in the tailrace channel (37. Water escapes di- rectly into a discharge chamber 68 which has a semi-oval shape in horizontal cross-section, as it has.
been described above, and which emerges say (#tement in the tailrace channel. The water arrives .du reach 69 and passes into the inlet chambers 70 and 71 arranged above and. below the impeller. From these chambers, the water passes through guide vanes 23 to reach the turbine wheel. The general path that the water describes is indicated by arrows. This arrangement gives in a comparatively small space and in a a form which can easily run a turbine whose flow rate is relatively large.
The short path and low curvature of the threads to pass through the inlet chambers, the impeller, and the discharge chamber indicate that relatively high efficiency can be achieved.
In the event that the reality corresponds with a sufficient approximation to the envisaged current conditions in the chamber, it is desirable to adhere to the drawing as established by resorting to the method indicated above. But in cases where the reality does not correspond with a sufficient approximation for the initial conditions, one can deviate, within certain limits, from the precise form given by this way of operating.
Las fig. 5 and 6 show a similar case where a discharge chamber is employed for a turbine from which the water exits in an axial direction, so that it must turn at a right angle at the inlet. or inside the discharge chamber. The water flows into it by passing the suction pipe 90 and it discharges through the opening 91. The chamber still has in plan a semi-oval shape, except at 92, where a ridge is placed in a position. which does not appreciably influence the current, as shown in fig. 4a.
A support column 93 is introduced for constructive reasons. It will be noted that, on the sides, this or flow opening has a height that is really greater than in the center. By using such a chamber, the water which enters axially through the suction pipe 90 and which may have a rotating component is deflected at a right angle and discharged at a considerably reduced and approximately uniform rate, in the downstream reach, the shape of the chamber being such as to contribute to the transformation of part of the speed into pressure.