FR2525285A1

FR2525285A1 - Variable pitch hydraulic turbine - has blade holder rotated by actuator sleeve with planetary gearing carrying brake

Info

Publication number: FR2525285A1
Application number: FR8206777A
Authority: FR
Inventors: Gerard Piechocki
Original assignee: DURAND ENGRENAGES
Current assignee: DURAND ENGRENAGES
Priority date: 1982-04-20
Filing date: 1982-04-20
Publication date: 1983-10-21
Also published as: FR2525285B1

Abstract

The variable pitch hydraulic turbine has a housing (3) containing a rotor (1) with the movable blades (2) mounted in a sleeve (12) connected to each blade holder. The actuator is coupled to each blade holder, having a hydraulic cylinder (51-52) with a transmission. This has a screw coupling (51) with a threaded rod formed by the cylinder rod. The rod has a coupling to a planetary gear system with a brake (7) and clutch (8).

Description

La présente invention se rapporte à un rotor à pales orientables pour une turbine, notamment une turbine hydraulique KAPLAN. The present invention relates to a rotor with adjustable blades for a turbine, in particular a KAPLAN hydraulic turbine.

Certains type de turbines KAPLAN comportent un rotor à pales orientables. Chacune de ces pales peut tourner pendant la marche autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor. On connait differents systèmes pour commander l'orientatiotl des pales. Ils comprennent un vérin qui oriente les pales par l'intermédiaire d'un mécanisme de transformation de mouvement. Chacun de ces systèmes de commande nécessite une source de puissance permettant d'orienter les pales meme en cas de manque d'énergie. Some types of KAPLAN turbines have a rotor with adjustable blades. Each of these blades can rotate during operation around an axis perpendicular to the axis of rotation of the rotor. Different systems are known for controlling the orientation of the blades. They include a jack which directs the blades via a movement transformation mechanism. Each of these control systems requires a power source to direct the blades even in the event of a lack of energy.

La puissance du vérin doit être d'autant plus importante que les dimensions des pales sont elles-memes importantes.The power of the jack must be all the more important as the dimensions of the blades are themselves important.

La présente invention a pour objet un rotor de turbine à pales orientables dans lequel on utilise l'énergie récupérée cinétique ou potentielle sur les pales pour contrôler 11 orientation. Cette conception permet de contraler l'orientation des pales et d'éviter l'emploi d'une source auxiliaire de puissance pour le vérin et de provoquer sans puissance l'ouver- ture ou la fermeture des paies. The subject of the present invention is a turbine rotor with orientable blades in which the kinetic or potential energy recovered from the blades is used to control the orientation. This design makes it possible to control the orientation of the blades and to avoid the use of an auxiliary power source for the jack and to cause the power to open or close the pays.

La turbine selon l'invention comporte un carter dans lequel tourne un rotor à pales orientables comportant un moyeu par rapport auquel chaque pale tourne dans un palier et est accouplée par un mécanisme de transformation de mouvement à la tige d'un vérin et elle est caractérisée par le fait que le vérin est constitué par un système vis-écrou dont la vis prolongeant la tige et actionnant ledit mécanisme est immobilisée en rotation et libre en translation par rapport au moyeu et dont l'écrou est immobilisé en translation et libre en rotation par rapport au moyeu, cet écrou étant lié en rotation à un élément d'un train planétaire dont un autre élément est lié en rotation avec le moyeu et dont le troisième élément est associé d'une part à un organe d'embrayage permettant d'accoupler et de désaccoupler deux planéta éléments du P er,autre part un organe de freinage permettant de le freiner en rotation par rapport au carter, un organe de freinage permettant de freiner la rotation de l'écrou par rapport au carter. The turbine according to the invention comprises a casing in which rotates a rotor with orientable blades comprising a hub with respect to which each blade rotates in a bearing and is coupled by a movement transformation mechanism to the rod of a jack and is characterized by the fact that the jack is constituted by a screw-nut system whose screw extending the rod and actuating said mechanism is immobilized in rotation and free in translation relative to the hub and whose nut is immobilized in translation and free in rotation by relative to the hub, this nut being linked in rotation to an element of a planetary gear whose other element is linked in rotation with the hub and whose third element is associated on the one hand with a clutch member making it possible to couple and to decouple two planet elements of the P er, on the other hand a braking member making it possible to brake it in rotation relative to the casing, a braking member making it possible to brake the rotation of the nut p ar in relation to the casing.

Selon une caractéristique de l'invention la turbine comporte un organe de freinage capable d'immobiliser par rapport au carter une partie mobile liée à l'écrou de fanon à provoquer la fermeture des pales jusqu'à une position maintenant un couple résiduel de même sens que le couple de fonctionnement de la turbine. According to a characteristic of the invention, the turbine comprises a braking member capable of immobilizing with respect to the casing a movable part linked to the baleen nut to cause the closing of the blades to a position maintaining a residual torque in the same direction than the operating torque of the turbine.

Selon une autre caractéristique l'organe de freinage est du type électrique fonctionnant par manque de coursant. According to another characteristic, the braking member is of the electric type operating for lack of current.

Selon nne autre caractéristique, le train planétaire est coaxial à l'axe de rotation du rotor. According to another characteristic, the planetary gear is coaxial with the axis of rotation of the rotor.

Selon une autre caractéristique, le train planétaire est centré sur un axe décalé de l'axe de rotation du rotor. According to another characteristic, the planetary gear is centered on an axis offset from the axis of rotation of the rotor.

L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à des modes de réalisation dolés à titre d'exemples et représentés par les dessins annexés. The invention will now be described in more detail with reference to embodiments shown by way of examples and represented by the accompanying drawings.

La figure 1 représente une demi-coupe longitudinale selon l'axe de rotation du rotor d'un premier mode de réalisation de l'invention. FIG. 1 represents a longitudinal half-section along the axis of rotation of the rotor of a first embodiment of the invention.

La figure 2 représente une demi coupe longitudinale selon l'axe de rotation du rotor d'un second mode de réalisation de l'invention. Figure 2 shows a longitudinal half section along the axis of rotation of the rotor of a second embodiment of the invention.

En se référant aux figures, la turbine comporte un rotor 1 dont le moyeul2 pourvu de pales orientables 2 et qui tourne autour d'un axe de rotation 11 par i'intermédiaire de paliers 41, 42 dans un carter 3 fixé aux fondations. Chaque pale 2 tourne par un tourillon dans un palier 13 autour d'un axe 21 qui est perpendiculaire à l'axe de rotation il. Le moyeu forme un logement à l'intérieur duquel sont disposées des manivelles 22 qui sont calées sur les tourillons des pales de manière a leur transmettre un mouvement de rotation. Chaque manivelle est accouplée par une articulation 23 décalée de l'axe 21 à une biellette de manoeuvre 24 qui est reliée par une articulation à un plateau 53 qui peut etre déplacé axialement par un vérin. Referring to the figures, the turbine comprises a rotor 1, the hub 2 of which is provided with orientable blades 2 and which rotates around an axis of rotation 11 by means of bearings 41, 42 in a casing 3 fixed to the foundations. Each blade 2 rotates by a journal in a bearing 13 around an axis 21 which is perpendicular to the axis of rotation 11. The hub forms a housing inside which are arranged cranks 22 which are wedged on the journals of the blades so as to transmit to them a rotational movement. Each crank is coupled by an articulation 23 offset from the axis 21 to an operating rod 24 which is connected by an articulation to a plate 53 which can be moved axially by a jack.

Ce plateau est solidaire de la tige 51 du vérin qui peut coulisser axialement à l'intérieur du moyeu 12. La tige 51 est pourvue d'nne partie filetée 511 formant vis et elle est immobilisée en rotation et libre en translation, par rapport au moyeu i au moyen de la clavette coulissante 54 ou d'un moyen équivalent. La partie filetée de cette tige 51 se visse dans un écrou 52 qui est immobilisé en translation, selon l'axe 11 et libre en rotation par rapport au moyeu 12. Ceci est obtenu par une butée 55. Ce système vis-écrou produit une décomposition du mouvement hélicoldal de manière que lorsque l'écrou tourne-sans avancer- la tige 51 soit animée d'un mouvement de translation selonl'axe 11.This plate is integral with the rod 51 of the jack which can slide axially inside the hub 12. The rod 51 is provided with a threaded part 511 forming a screw and it is immobilized in rotation and free in translation relative to the hub i by means of the sliding key 54 or an equivalent means. The threaded part of this rod 51 is screwed into a nut 52 which is immobilized in translation, along the axis 11 and free to rotate relative to the hub 12. This is obtained by a stop 55. This screw-nut system produces a decomposition of the helical movement so that when the nut turns-without advancing- the rod 51 is driven in a translational movement along the axis 11.

Le mouvement de rotation relatif de l'écrou 52 et du moyeu 12 est contrôlé par un train planétaire 6 à trois éléments comportant des roues solaires 62 et 64 coaxiales qui engrènent avec au moins un pignon satellite 63 porté par un porte-satellite 61. Le porte-satellite 61 est lié en rota tipn au moyeu 12. La roue solaire 62 est liée en rotation à l'écrou 52. The relative rotational movement of the nut 52 and of the hub 12 is controlled by a planetary train 6 with three elements comprising solar wheels 62 and 64 coaxial which mesh with at least one satellite pinion 63 carried by a planet carrier 61. The planet carrier 61 is linked in rota tipn to the hub 12. The sun wheel 62 is linked in rotation to the nut 52.

La roue solaire 64 qui engrène avec les satellites est coaxiale à la roue solaire 62.The solar wheel 64 which meshes with the satellites is coaxial with the solar wheel 62.

Le train planétaire est associé à un embrayagepe8rmettant de solidariser le solaire 64 par rapport au porte-satellite 61 ou les deux solaires l'un par rapport à l'autre de façon à annuler l'effet dudit train planétaire. The planetary gear is associated with a clutchpe8rmisant to secure the solar 64 relative to the planet carrier 61 or the two solar relative to each other so as to cancel the effect of said planetary train.

Ainsi dans le mode de réalisation de la figure 1 la roue solaire 62 et la roue solaire 64 peuvent être accouplées ou désaccouplées par l'organe d'embrayage 8. Cet organe d'embrayage est constitué par un disque 81 solidaire en rotation de la roue sobre 64. Lorsque le disque 81 vient en contact avec le plateau 82, solidaire de la roue solaire 62, la roue solaire 62 et la roue solaire 64sont solidaires en rotation. Thus in the embodiment of Figure 1 the sun wheel 62 and the sun wheel 64 can be coupled or uncoupled by the clutch member 8. This clutch member is constituted by a disc 81 integral in rotation with the wheel sober 64. When the disc 81 comes into contact with the plate 82, integral with the solar wheel 62, the solar wheel 62 and the solar wheel 64 are integral in rotation.

Dans le mode de réalisation de la figure 2, organe d'embrayage 8 permet d'accoupler ou de désaccoupler le solaire 64 du porte-satellite 61. In the embodiment of FIG. 2, the clutch member 8 makes it possible to couple or uncouple the sun 64 from the planet carrier 61.

Selon ces deux modes de réalisation le train planétaire tourne en bloc > l'écrou et le moyeu 12 tournant à la même vitesse autour de l'axe 11. il n'y a aucun mouvement relatif et le vérin est bloqué à une position fixe. According to these two embodiments the planetary gear rotates as a unit> the nut and the hub 12 rotating at the same speed around the axis 11. there is no relative movement and the jack is locked in a fixed position.

La roue solaire 64 peut être freinée en rotation par un organe de freinage 7. A cet effet, ce solaire 64 est relié au plateau 71 qui peut être immobilisé par la mâchoire 72 de l'organe de freinage 7. Cet organe de freinage 7 permet de ralentir ou dtimmobiliser la la roue solaire 64 du train planétaire 6. The sun wheel 64 can be braked in rotation by a braking member 7. For this purpose, this sun 64 is connected to the plate 71 which can be immobilized by the jaw 72 of the braking member 7. This braking member 7 allows to slow down or immobilize the sun wheel 64 of the planetary gear 6.

La roue solaire 62 reliée en rotation à l'écrou 52 peut être freinée en rotation par un organe de freinage 9. A cet effet le disque 91 peut être immobilisé par le patin 92. The sun wheel 62 connected in rotation to the nut 52 can be braked in rotation by a braking member 9. For this purpose the disc 91 can be immobilized by the shoe 92.

Dans le mode de réalisation de la figure 1 le disque 91 est mobile axialement par rapport à l'écrou 52 de manière à venir en contact avec le patin 92. Dans le mode de réalisation de la figure 2 organe de freinage 9 est un frein à disque. Lorsque le frein 9 est mis en oeuvre lté- crou 52 tend à s'immobiliser en rotation et il apparait un mouvement relatif de la tige 51 par rapport à l'écrou 52 ce qui provoque l'orientation des pales vers l'ouverture. La mise en oeuvre de l'organe de freinage 9 provoque une rotation de sens opposé à la rotation provoquée par la mise en oeuvre de l'organe de freinage 8. Il est ainsi possible de contrôler l'orientation des pales. In the embodiment of Figure 1 the disc 91 is axially movable relative to the nut 52 so as to come into contact with the shoe 92. In the embodiment of Figure 2 braking member 9 is a brake disk. When the brake 9 is applied, the nut 52 tends to come to a stop in rotation and there appears a relative movement of the rod 51 with respect to the nut 52 which causes the blades to orient towards the opening. The implementation of the braking member 9 causes a rotation in the opposite direction to the rotation caused by the implementation of the braking member 8. It is thus possible to control the orientation of the blades.

La commande de l'embrayage 8 et des organes de freinage 7 et 9 peut être manuelle ou.asservie a une source de faible puissance (batterie). The control of the clutch 8 and of the braking members 7 and 9 can be manual or slaved to a low power source (battery).

aussl
L'embrayage 8 peut/être règlé sur un couple prédéterminé ce qui évite d'avoir à le commander.also
The clutch 8 can / be adjusted to a predetermined torque which avoids having to control it.

L'écrou est assujetti à un frein d'immobilisation 10 commandé manuellement ou fonctionnant par manque de courant. Il comporte une partie mobile 101 liée en rotation à 11 écrou 52 qui vient en contact avec une partie fixe 102 de manière à provoquer la fermeture automatique des pales de la turbine lorsqu'il y a manque de courant sur la ligne ce qui oblige à arrêter l'exploitation. L'immobilisation de l'écrou alors que la vis continue à tourner provoque le déplacement du plateau 53 de maniere à provoquer la fermeture des pales. Les pales de la turbine en position de fermeture étant volontairement calées avec une incidence provoquant un couple résiduel de même sens que le couple de fonctionnement, il est alors possible après rétablissement du courant sur la ligne, de commander l'ouverture du frein 10 et ainsi de permettre la remise en exploitation de la turbine. The nut is subjected to an immobilizing brake 10 controlled manually or operating by lack of current. It comprises a movable part 101 linked in rotation to 11 nut 52 which comes into contact with a fixed part 102 so as to cause the automatic closing of the blades of the turbine when there is a lack of current on the line which obliges to stop exploitation. The immobilization of the nut while the screw continues to rotate causes the movement of the plate 53 so as to cause the closing of the blades. The blades of the turbine in the closed position being voluntarily calibrated with an incidence causing a residual torque in the same direction as the operating torque, it is then possible after restoration of the current on the line, to control the opening of the brake 10 and thus to allow the turbine to be put back into operation.

Dans le mode de réalisation de la figure 1, les roues solaires 62 et 64 sont coaxiales à l'axe de rotation i1. La roue solaire 62 est solidaire en rotation de l'écrou le porte-satellite étant directement solidaire du moyeu 12. In the embodiment of FIG. 1, the solar wheels 62 and 64 are coaxial with the axis of rotation i1. The solar wheel 62 is integral in rotation with the nut, the planet carrier being directly integral with the hub 12.

Dans le mode de réalisation de la figure 2, le moyeu 12 est lié en rotation par l'engrenage 68, 69 au porteisatellite 61 du train planétaire 6 qui tourillonne autour d'un axe 60. La roue solaire 62 est liée en rotation par l'engrenage 66-67 à l'écrou 52. Elle est par ailleurs reliée au disque de frein 91 du frein 9 qui peut être ralenti ou immobilisé par la machoire 92 mise en action par l'opérateur manueilement ou par une commande électrique ou autre. La roue solaire ÓZF est liée en rotation au disque 71 du frein 7 dont la mâchoire 72 est solidaire du carter fixe 3. La roue solaire 64 est d'autre part liée en rotation au porte-satellite 61 par un embrayage 8 à couple limité permanent ou commandé à l'ouverture simultanément à la fermeture du frein 7 ou 9. In the embodiment of FIG. 2, the hub 12 is linked in rotation by the gear 68, 69 to the satellite carrier 61 of the planetary gear 6 which revolves around an axis 60. The sun wheel 62 is linked in rotation by the gear 66-67 to the nut 52. It is also connected to the brake disc 91 of the brake 9 which can be slowed down or immobilized by the jaw 92 actuated by the handling operator or by an electrical or other control. The ÓZF solar wheel is linked in rotation to the disc 71 of the brake 7, the jaw 72 of which is integral with the fixed casing 3. The solar wheel 64 is also linked in rotation to the planet carrier 61 by a clutch 8 with permanent limited torque or controlled at the opening simultaneously with the closing of the brake 7 or 9.

Le frein d'immobilisation 10 au lieu d'être placé sur l'arbre 11 comme sur la figure 1 est placé sur l'arbre 50. The parking brake 10 instead of being placed on the shaft 11 as in FIG. 1 is placed on the shaft 50.

La conception selon la figure 2 est avantageuse du point de vue de la fabrication du fait que les dimensions du train planétaire, des embrayages et des freins peuvent être réduites. The design according to FIG. 2 is advantageous from the manufacturing point of view since the dimensions of the planetary gear, clutches and brakes can be reduced.

Il est bien entendu que lton peut sans sortir du cadre de l'invention imaginer des variantes et perèctionnements de détails et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. It is understood that lton can without departing from the scope of the invention imagine variants and improvements of details and even envisage the use of equivalent means.

Claims

REVENDICATIONS

1.- Turbine comportant un carter (3) dans lequel tourne un rotor (1) à pales (2) orientables comportant un moyeu (12) par rapport auquel chaque pale (2) tourne dans un palier (13) et est accouplée par un mécanisme de transformation de mouvement (53-Q2-24) à la tige d'un vérin (51-52) caractériséepar le fait que le vérin (51-52) est constitué par un système visécrou dont la vis (51) prolongeant la tige actionnant ledit mécanisme est immobilisée en rotation et libre en translation par rapport au moyeu et dont l'écrou est immobilisé en translation et libre en rotation par rapport au moyeu, cet écrou (52) étant lié en rotation à un élément (62) d'un train planétaire (6) dont un autre élément (61) est lié en rotation avec le moyeu (12) et dont le troisième élément (64) est associé d'une part à un organe d'embrayage (8) permettant dtaccoupler et de désaccoupler deux éléments du planétaire (6) et d'autre part à un organe de freinage (7) permettant de le freiner en rotation par rapport au carter (3), un organe de freinage (9) permettant de freiner la rotation de l'écrou (52) par rapport au carter (3). 1.- Turbine comprising a casing (3) in which rotates a rotor (1) with blades (2) orientable comprising a hub (12) relative to which each blade (2) rotates in a bearing (13) and is coupled by a movement transformation mechanism (53-Q2-24) to the rod of a jack (51-52) characterized in that the jack (51-52) is constituted by a screw-nut system, the screw (51) of which extends the rod actuating said mechanism is immobilized in rotation and free in translation relative to the hub and the nut of which is immobilized in translation and free in rotation relative to the hub, this nut (52) being linked in rotation to an element (62) of a planetary gear (6) of which another element (61) is linked in rotation with the hub (12) and of which the third element (64) is associated on the one hand with a clutch member (8) making it possible to couple and uncoupling two elements of the sun gear (6) and on the other hand to a braking member (7) making it possible to brake it in rotation relative to the cart er (3), a braking member (9) for braking the rotation of the nut (52) relative to the housing (3).

2.- Turbine selon la revendication 1, caractérisée par le fait quelle comporte un organe de freinage (10) capable dtimmobiliser par rapport au carter (3) une partie mobile (101) liée à écrou (52) de façon à provoquer la fermeture des pales jusqu'à une position maintenant un couple résiduel de même sens que le couple de fonctionnement de la turbine. 2.- turbine according to claim 1, characterized in that it comprises a braking member (10) capable of immobilizing relative to the housing (3) a movable part (101) linked to nut (52) so as to cause the closure of blades up to a position maintaining a residual torque in the same direction as the operating torque of the turbine.

3.- Turbine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'organe de freinage (10)est du type électrique fonctionnant par manque de courant. 3.- Turbine according to claim 1, characterized in that the braking member (10) is of the electric type operating by lack of current.

4.- Turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément (61) est le porte-satellite. 4.- Turbine according to any one of the preceding claims, characterized in that the element (61) is the planet carrier.

5.- Turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le train planétaire (6) est coaxial à l'axe de rotation (11) du rotor. 5.- Turbine according to any one of the preceding claims, characterized in that the planetary gear (6) is coaxial with the axis of rotation (11) of the rotor.

6.- Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le train planétaire (6) est centré sur un axe (50) décalé de l'axede rotation (11) du rotor. 6.- Turbine according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the planetary gear (6) is centered on an axis (50) offset from the axis of rotation (11) of the rotor.