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Turbine à vapeur avec tambour à mouvement opposé
La construction de turbines à vapeur économi- ques offre d'autant plus de difficultés que la pression de vapeur employée est plus élevée.
L'établissement d'un ruban de vapeur active aussi large que possible, ainsi que la nécessité de ré- duire les pertes par défaut d'étanchéité, amènent à adop- ter de petits diamètres d'introduction calculés en tenant compte du faible volume spécifique de la vapeur à haute pression. En même temps, le nombre d'étages augmente, et l'on doit recourir à des nombres de tours élevés de l'ar- bre de la turbine à vapeur, qui rendent nécessaire l'in- sertion de réducteurs de vitesse à engrenages entre la ma- chine d'entraînement et la machine entraînée.
Une grande dépense de mesures constructives est nécessitée par la transformation de la grande hauteur
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chute de la vapeur à haute pression, car le grand nombre d'étages nécessite l'établissement de plusieurs bâtis en série. Surtout dans les machines de faible puissance, cet- te dépense n'est pas en rapport avec le résultat obtenu.
La construction de turbine décrite ci-après tient particulièrement compte des petits volumes de vapeur inhérent aux hautes pressions de vapeur et des grandes hauteurs de chute à utiliser.
La fig. 1 représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de cette construction. Cette construc- tion peut être désignée sous le nom de turbine à mouve- ments opposés axiale, puisque tant les rangées d'aubes qui sont fixées sur la surface extérieure d'un corps cy- lindrique a, que les rangées d'aubes e, qui sont montées sur la surface interne d'un corps tubulaire (cylindrique creux) b, ont le même axe, mais tournent en sens inverse.
L'arrivée de vapeur se fait par des lumières z du rotor interne a, et le raccordement de la conduite tu- bulaire ± par son bout extrême naintenu dans le bâti, dans le sens axial, par des portées n. Les deux rotors cy- lindriques sont pourvus de couronnes d'aubes à pression (aubages externe et interne). La vapeur arrive alternati- vement d'une couronne extérieure du rotor intérieur à la couronne intérieure suivante du rotor extérieur, de telle sorte que la chute de pression est utilisée suivant le système à réaction.
Une disposition particulièrement avantageuse est celle dans laquelle l'arrivée de vapeur se fait dans le plan médian x-x perpendiculaire à l'axe longitudinal de la machine, et dans lequel on emploie deux aubages sy- métriques par rapport à ce plan médian.
Dans cette disposition, on évite le presse-étou- @
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pes à haute pression, et les presse-étoupes w disposés aux extrémités des arbres ne sont soumis qu'à la basse pression d'échappement de la machine. C'est également cette pression qui règne dans l'enveloppe q, entourant les deux rotors, et laquelle est de préférence faite en deux parties, c'est-à-dire avec un joint dans le plan horizontal.
L'aubage à mouvement opposé est donc disposé entre deux corps cylindriques, qui conservent leur forme cylindrique, même en cas de modification des conditions de température. Par suite, les espaces libres radiaux pré- vus entre les aubes et les parties des rotors peuvent être faits plus petits que dans les turbines à vapeur usuelles, dans lesquelles une partie de l'aubage, à savoir les au- bes directrices, sont disposées dans des enveloppes qui sont divisées suivant le plan médian horizontal et qui ne tournent pas, de telle sorte qu'en cas de changement de température, il faut compter avec des déviations cylindri- que circulaire.
Tandis que le rotor a peut être fait d'une seule pièce ou en plusieurs parties, le rotor b se compose d'au moins deux parties, de manière à permettre l'introduction des demi-couronnes d, dans lesquelles sont fixées les aubes e. On assemble ces demi-couronnes pour former des bagues au dessus du rotor garni d'aubes, après quoi on peut glisser, par dessus, le rotor tubulaire b et le réu- nir par vissage avec l'extrémité! de l'arbre.
Les roues dentées ± et h sont entraînées en sens inverse par les deux rotors. Chacun de ces rotors peut actionner une machine distincte. Toutefois, normale- ment, ils entraîneront la même machine, et cela par l'in- termédiaire d'un train d'engrenages réducteur avec un ar @ bre de renvoi.
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Cet entraînement est représenté aux figures 2 et 3 ; roue dentée h engrène directement avec la grande roue dentée 1, montée sur l'arbre entraîné, tandis que la roue dentée g, agit sur la même roue 1 par l'intermé- diaire des deux roues dentées k et 1. montées sur un ar- bre de renvoi, dans le but de renverser son sens de marche.
Le train d'engrenages qui, la plupart du temps, est déjà indispensable pour obtenir, indépendamment du nombre de tours, souvent trop faible, de la machine en- traînée, un nombre de tours aussi élevé que possible de la turbine à vapeur, est aussi employé, par suite de sa conformation particulière, pour transmettre à la machine entraînée, le travail des rotors tournant en sens inver- se.
Lorsque la machine entraînée peut marcher au même nombre de tours, on emploie l'accouplement direct au lieu du train d'engrenages. On peut alors, ou bien accou- pler de chaque côté, avec l'un des arbres, l'une des machi- nes à entraîner, auquel cas celles-ci devront avoir des sens de marche opposés, ou bien la transmission de la far- ce motrice pourra se faire directement, par un des arbres de la turbine, et par l'autre arbre, par l'intermédiaire d'un train d'engrenages, de manière à renverser le sens de marche dans une des machines.
Dans la turbine à double courant représentée à la fig. 1, la vapeur doit être amenée au milieu du rotor à aubes. Au lieu du presse-étoupes à haute pression, on emploie, dans ce cas, le raccordement de la conduite y avec l'arbre a pourvu des alésages z; l'étanchéisage au passage de la conduite à l'arbre peut être fait en laby- rinthe et est situé dans le voisinage de l'extrémité de l'arbre où cet arbre est maintenu axialement par des pa- liers n. Par suite, cette turbine peut être établie avec
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de très petits intervalles libres pour le jeu des orga- nes, et elle ne donne que de faibles pertes de vapeur.
Un autre perfectionnement est représenté aux figures 4 et 5, à savoir l'emploi d'un premier étage à aubes radiales, qui travaille sans perte par les inter- stices et qui utilise l'énergie transmise à la vapeur dans les alésages radiaux. Il est vrai toutefois que la vitesse de sortie de cet étage, qui est constitué par les segments u ne peut pas être communiquée à l'étage sui- vant.
La figure 6 représente aussi un premier étage sans perte par les interstices, mais avec charge axiale, dans lequel les deux premières couronnes d'aubes sont fermées par une bague v. Un étage chargé radialement peut également être prévu au lieu de l'étage à charge axiale t représenté à la figure 1, à la sortie de la vapeur ve- nant du corps creux cylindrique.
Comme représenté à la figure 7, l'aubage à mou- vement opposé peut encore être complété par un aubage normal composé d'aubes directrices et d'aubes motrices.
Les aubes motrices sont fixées sur l'enveloppe exté- rieure du rotor b et les aubes directrices sur l'enve- loppe interne de l'enveloppe a en deux parties. La figure 7 représente une forme d'exécution permettant un prélève- ment de vapaur intermédiaire, et c'est dans ce but que sont prévus les raccords r et la garniture s.
La turbine à vapeur avec tambour à mouvement opposé est particulièrement propre à l'utilisation de va- peut à haute pression, parcequ'elle rend plus facile la solution de la question des presse-étoupes, rend possible l'emploi de petits intervalles pour le jeu des organes, condition préalable de faibles pertes par les intersti- ces et permet l'utilisation de grandes hauteurs de chute/7
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avec un faible nombre d'étages, et une construction de peu de longueur.
Ceci dit, je déclare considérer comme étant de mon invention et revendiquer :
1 .- Une turbine à vapeur ou à gaz avec aubage axial prépondérant, caractérisé en ce que le rotor cy- lindrique de la turbine est entouré, dans sa partie garnie d'aubes, d'un corps creux en forme de tambour, qui est employé comme support des aubes à mouvement oppo- sé, est monté de manière à tourner dans un bâti fixe, et est relié de telle sorte à l'arbre à entraîner que le ro- tor extérieur tourne en sens inverse du rotor intérieur.
2 .- Une turbine à vapeur ou à gaz selon 1, ca- ractérisée en ce que l'arrivée du fluide moteur se fait par des forages du corps cylindrique interne, à celle des extrémités de la turbine à laquelle l'arbre est maintenu fixe dans le bâti, dans le sens axial.
3 .- Une turbine à vapeur et à gaz selon 1 et 2 caractérisée en ce que l'arrivée de vapeur intérieure s'effectue par des lumières qui permettent à la vapeur de sortir au milieu du rotor à aubes, à la surface de celui- ci, d'où cette vapeur, se répondant des deux côtés, est détendue dans deux aubages disposés symétriquement dans le plan médian de la machine, perpendiculaire à l'axe longitudinal.
4 .- Une turbine à vapeur et à gaz selon 1 à 3, caractérisée en ce que la surface extérieure du corps creux tournant, en forme de tambour, porte des rangées d'aubes motrices, qui sont intercalées ensemble avec les rangées d'aubes directrices fixées dans l'enveloppe, en aval de l'aubage disposé intérieurement.
5 .- Une turbine à vapeur et à gaz selon 1 à 3 caractérisée en ce que le premier étage de détente est
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établi pour être chargé radialement.
6 .- Une turbine à vapeur et à gaz selon 1 à 3 caractérisée en ce que le premier des étages à mouvement opposé est établi pour recevoir la charge radialement.
7 .- Une turbine à vapeur et à gaz selon 1 à 4, caractérisée en ce que, dans la direction suivie par la vapeur, une garniture est prévue sur le tambour à mouve- ment opposé, entre l'aubage interne et l'aubage externe et permet l'emploi de la turbine comme turbine à prélève- ment de vapeur, etc...
8 .- Une turbine à vapeur et à gaz selon 1, caractérisée en ce que la transmission de l'énergie des arbres tournant en sens inverse s'effectue par l'intermé- diaire d'un arbre de renvoi, sur l'arbre de la machine entraînée.
9 .- Une turbine à vapeur et à gaz selon 1, caractérisée en ce que les couronnes à mouvement opposé sont logées dans des bagues en deux parties, qui sont conformées de telle sorte que le corps creux en forme de tambour est enfilé, lors du montage de la turbine, dans le sens axial par dessus les bagues, placées elles-mêmes au-dessus du rotor interne, et peut ainsi être assemblé avec ces bagues.
10 .- Une turbine à vapeur et à gaz, selon 1, caractérisée en ce que la transmission de l'énergie s'ef- fectue directement de chacun des arbres à l'une des machi- nes à entraîner, ces dernières devant alors avoir un sens de rotation inverse.
11 .- Une turbine à vapeur et à gaz, selon 1, caractérisée en ce que la transmission de l'énergie s'ef- fectue directement à partir d'un des arbres, et de l'autre, par l'intermédiaire d'un train d'engrenages, sur la même machine.-