BE431387A

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Publication number: BE431387A
Authority: BE
Priority date: 1936-07-01
Also published as: US2141401A

Description


   <EMI ID=1.1> 

  
 <EMI ID=2.1> 

  
les aubes dans lesquelles les gaz moteurs chauds sont introduits, doivent être refroidis pour pouvoir fonctionner à des

  
vitesses tangentielles considérables.. Ce refroidissement est

  
nécessaire parce que la chaleur se transmet des aubes baignées

  
par les gaz, moteurs chauds aux supports des aubes qui sont fixés

  
dans le même rotor et de ces supports au rotor même et que, en

  
cas de vitesses tangentielles considérables le frottement de la

  
surface des supports des aubes et des portions extérieures du

  
rotor contre les gaz qui les enveloppent engendre des quantités de chaleur considérables. Mais si la température du rotor

  
de la roue motrice est trop élevée., la vitesse périphérique

  
acceptable diminue, parce que la résistance de la matière du

  
rotor diminue lorsque la température croit. De plus la vites-

  
 <EMI ID=3.1> 

  
ne manière particulièrement désavantageuse, si réchauffement

  
du rotor est irrégulier, c'est à dire. si la portion du corps

  
du rotor, voisine de la périphérie extérieure s'échauffe plus

  
fort que les portions situées plus près de son axe. La couronne extérieure plus chaude du rotor.fait naître des tensions

  
tangentielles, qui de leur Opté engendrent des tensions radiales supplémentaires, qui sont facilement susceptibles de

  
 <EMI ID=4.1> 

  
de deux fois plus fortes que celles d'une roue dont la température demeure uniforme. Par suite le rotor doit être refroidi, de façon que sa température ne devienne pas trop élevé., pour ne pas diminuer la résistance du matériel et que cette température soit aussi uniforme- que possible pour empêcher les tensions supplémentaires de prendre naissance. Ce résultat est difficile à obtenir parce que c'est la couronne extérieuue du rotor que les aubes devenues chaudes échauffent le plus fort et que sa température est généralement plus élevée que celle du moyeu du rotor et des portions plus voisines du moyeu.

  
On a déjà proposé de refroidir le rotor par pulvérisation d'un liquide par l'air comprimé et de faire arriver ce mélange d'air comprimé et de liquide à l'état de fine division par des trous dirigés suivant des rayons et percés à l'intérieur du rotor sur la couronne extérieure du rotor ou de le

  
 <EMI ID=5.1> 

  
re du rotor. Mais il en résulte des pertes de puissance considérables, parce que le réfrigérant doit une accélération égale à la vitesse tangentielle du disque et parcs.que le mélange de réfrigérant et d'air qui circule sur la couronne extérieure du rotor dans le sens radial vers l'extérieur vient rencontrer le courant de gaz moteurs dirigé dans le sens perpendiculaire et traversant l'aubage et de ce fait trouble son action. On évite cet inconvénient en opérant le refroidissement par des courants de gaz, qui circulent suivant un circuit dans l'espace compris entre le disque de la roue motrice et les parois de l'enveloppe qui l'entourent, sans sortir de cet espace. Mais pour empêcher que, dans ce procédé de refroidissement,

  
la couronne extérieure de la portion du rotor voisine de sa périphérie prenne une température plus élevée que les portions

  
 <EMI ID=6.1> 

  
les aubes aux supports des aubes est déjà 'éliminée., en principe, suivant l'invention, à partir décès supports d'aubes, de façon qu'elle ne puisse pas arriver jusqu'au corps du ro-

  
 <EMI ID=7.1> 

  
d'aubes, il faut que la surface de ces supports exposée au courant de gaz réfrigérant soit assez grande et il faut prendre des mesures pour que des surfaces du support d'aubes soient fortement léchées par le courant de gaz réfrigérant. Suivant l'invention, on arrive à ce résultat en donnant aux supports d'aubes, montés dans le rotor et réunissant les aubes avec les extrémités bas de fixation, la forme des cellules d'un ventilateur centrifuge, dont les parois latérales extérieures forment, avec les surfaces extérieures du rotor les surfaces annulaires latérales lisses de la roue motrice et comportent des orifices d'admission des gaz réfrigérants entre le disque du rotor et les supports des aubes et des orifices d'échappe--ment des .gaz réfrigérants au voisinage de la couronne des aubes.

  
L'invention permet encore de réaliser le. refroidissement du rotor entre les points d'attache des aubes et le mo-

  
 <EMI ID=8.1> 

  
de la surface du disque sur les gaz qui l'entourent est le plus fort, que sur les surfaces annulaires, qui sont plus voisines du moyeu. Suivant l'invention, on réalise ce refroidis-

  
 <EMI ID=9.1> 

  
espaces qui se trouvent entre les surfaces latérales du disque de la roue motrice et les parois de l'enveloppe immobile

  
 <EMI ID=10.1> 

  
des nervures annulaires, concentriques, de forme circulaire des parois de l'enveloppe se trouvant du côté de la roue motrice, de façon à former des canaux annulaires concentriques qui sont ouverts du coté du rotor. Il en résulte que sur les surfaces annulaires séparées, ainsi formées et relativement étroites se créent des circuits de refroidissement, qui, ainsi qu'on le désire peuvent subir des refroidissements d'intensité

  
 <EMI ID=11.1> 

  
gaz réfrigérants et situés de la paroi de l'enveloppe opposé au rotor sont munies de chambres concentriques contenant un liquide réfrigérant qui s'y écoule des chambres de plus grand diamètre dans les chambres de diamètre moindre.

  
Le dessin ci-annexé représente un exemple de réalisation de l'invention. Sur ce dessin:
Fig. 1 est une coupe radiale de la turbine; Fig. 2 est la vue en élévat,ion d'une aube avec le support d'aubes; Fig. 3 - est une coupe perpendiculaire à l'axe de la couronne des aubes; Fig. 4 est une coupe suivant la ligne A-A de l'aube et du support d'aubes de la fig. 3; Fig. 5 est une élévation partielle de la paroi inférieure de l'enveloppe de la turbine qui àe trouve du côté du rotor.

  
Ainsi qu'on peut le voir sur la fig.3, le rotor 1 com-

  
 <EMI ID=12.1> 

  
les à l'axe et dont les plans centraux sont dirigés dans le sens radial par rapport à l'axe du rotor. Ces entailles 2 en forme de V servent &#65533; fixer les supports des aubes dans la roue motrice et comportent à cet effet sur leurs surfaces latérales

  
 <EMI ID=13.1>  lesquelles s'appliquent les dents 6 du pied 5 du support d'aubea 7.

  
Suivant l'invention les supporta d'aubes 7, qui réunissent les aubes 4 aux pieds 5 forment des cellules de ventilateurs en forme de caissons, ainsi qu'on peut le voir sur les figure* 3 & 4. Les paroi. latérales 7a sont disposées l'une après l'autre, de façon à former des parois annulaires oontinues qui se raccordent sans ressaut aux surfaces latérales du disque de la roue motrice. Les latérale* 7a situées l'une en face de l'autre du même support d'aubes en forme de caisson <EMI ID=14.1> 

  
depuis la racine 4a de l'aube 4 jusqu'au pied 5. On voit d'après la solution que représente la fig.3 à titre d'exemple que deux unités de supports d'aubes 7 pénètrent chaque fois par leurs pieds 5 dans un avidement commun, garni de dents, en forme de V de la roue motrice et y sont fixées par leurs dents. Le joint partiel 9 dirigé dans le sens radial se trouve de ce fait dans le plan central de l'évidement 2 en forme de V de la roue motrice, tandis que le joint partiel 10 se trouve toujours dans le plan central de la dent la. Les entretoises 7b forment avec les surfaces latérales 7a ainsi qu'avec les surfaces 4a des pieds des aubes 4 et les surfaces la du disque de la roue des cellules de ventilateur 8 & 8a. La cellule de ventilateur 8 ne communique avec les espaces qui se trouvent entre laroue motrice et la paroi de l'enveloppe refroidie que par les ou-

  
 <EMI ID=15.1> 

  
outre. les ouvertures 12, des ouvertures 13 dans le pied du support d'aubes, par lesquelles elles communiquent avec les espaces qui se trouvent entre le rotor et les parois de l'enveloppe immobiles et refroidies, par l'intermédiaire du canal 14 dirigé suivant l'axe et qui reste libre entre les pieds des supports d'aubes et le rotor. Il résulte du sectionnement précité des supports d'aubes 7 que le plan central des trous 13 coïncide avec le joint partiel 9.. Il résulte de cette forme donnée aux supports d'aubes 7 que leurs poids est relativement faible et leur résistance considérable et que l'étendue de la surface de transmission de la chaleur offerte aux gaz réfrigérants qui les traversent est grande.

   Pour effectuer le montage complet des aubes, on fait entrer les supports d'aubes 7 par paires et par le côté dans les évidements en forme de V du rotor avec un jeu suffisant pour la dilatation calorifique en tenant comptede la température de marche de la turbine. Les aubes 4 baignées par le courant de gaz moteurs sont limitées d'une manière connue

  
 <EMI ID=16.1>  plaque inférieure 4a. Les plaques de recouvrement et les plaques inférieures des aubes voisines se raccordent en formant des bandes fermées, constituant-ainsi les canaux des aubes. Pour diminuer le poids des aubes, il existe des trous 30 débouchant à l'extérieur dans le sens radial d'une manière connue mais ne se prolongeant que jusqu' à la plaque inférieure 4a et par suite séparés des -cellules de ventilateur 8 et 8a. Il ré-

  
 <EMI ID=17.1> 

  
est relativement faible, que le plus de chaleur.dirigé dans le sens radial des aubes vers l'axe de rotation du disque ne rencontre que des sections de métal relativement faibles et par

  
 <EMI ID=18.1> 

  
le courant de gaz réfrigérants, qui traverse d'une manière continue les cellules de ventilateur rencontre des surfaces relativement étendues, auxquelles il peut emprunter de la chaleur. Ce courant de gaz réfrigérant.passe par les canaux 14 dirigés dans le sens axial et les trous 13 pour arriver dans les cellules de ventilateurs 8a et par les trous 11 dans les cellules de ventilateur 8, tandis qu'il sort de ces cellules par les trous 12 situés plus près de l'extérieur. Dans les chambres qui se trouvent entre les supports d'aubes 7 et les parois 15

  
de l'enveloppe immobiles et refroidies le courant de gaz réfrigérant qui s'est échauffé circule vers l'axe de rotation du rotor, en se refroidissant au contact des parois 15 de l'enveloppe immobiles et refroidies, pour passer de nouveau par les trous

  
14 & 11. Les mêmes gaz réfrigérants s'échauffent ainsi au con_tact des supports d'aubes et se refroidissent au contact des parois 15 de l'enveloppe refroidies. Il en résulte que la chaleur provenant des aubes 4 fortement chauffées et tendant à se:
diriger vers le rotor 1 est entrainée en principe à partir des supports d'aubes, de sorte que la couronne extérieure du rotor ne subit qu'un échauffement.modéré, qui peut-être réglé par le dispositif de refroidissement suivant l'invention du disque de la roue motrice.

  
Ce refroidissement du rotor 1 proprement dit s'effectue également par circulation des courants annulaires de gaz réfrigérants, dans lesquels ce sont toujours les mêmes gaz qui s'échauffent au contact de la surface du liquide ets.e refroidissent ...'au contact des parois de l'enveloppe refroidies. Ces courants annulaires de gaz réfrigérants circulent dans les canaux annulaires concentriques 18, qui sont séparés les uns des autres par des nervures annulaires 17 concentriques des parois de l'enveloppe immobile qui se prolongent jusqu'au voisinage immédiat de la surface du disque 1. Dans chacun de ces canaux annulaires 18, le gaz réfrigérant est animé d'un mouvement cir-culaire sous l'effet du frottement sur la surface du disque  l'axe de ce mouvement étant celui de la roue.

   Ce mouvement circulaire engendre des forces centrifuges qui repoussent le gaz réfrigérant contre la paroi du canal situé à l'extérieur, d'où résulte un mouvement circulaire secondaire à l'intérieur du canal dans le sens des flèches de sorte que les gaz réfrigérants tournent d'un mouvement hélicoïdal dans les canaux annulaires 18 autour de l'axe de rotation du disque comme centre. Ce mouvement hélicoïdal peut encore être renforcé par des tôles hélicoïdales 19, visibles sur la figure 5, qui représente une vue dans le sens de l'axe d'une section des canaux annulaires 18 avec les nervures 17 qui les séparent. Les nervures annulaires 17 qui se terminent par des bouts tranchants se

  
 <EMI ID=19.1> 

  
aussi faible que le permet la sécurité de marche.

  
L'effet de refroidissement dans les canaux annulaires
18, résulte de ce que les particules de gaz réfrigérants qui

  
se sont échauffées au contact de la roue chaude se refroidissent au cours de leur trajet circulaire hélicoïdal contre les  parois de l'enveloppe des canaux 18 refroidies et immobiles. Cet effet est suffisant pour assurer_le refroidissement du dis-

  
 <EMI ID=20.1> 

  
déjà été entrainée par l'effet de ventilateur des supports d'aube ci-dessus.

  
Comme la .plus grande partie de la chaleur totale à dissiper est engendrée dans la joue .extérieure et doit aussi en être aussitôt entraînée, tandis que dans la joue intérieure la chaleur qui,doit être entrainée l'est seulement en principe par le frottement de la surface da. disque sur les couches de gaz qui l'entourent, l'effet de refroidissement plus fort décrit ci-dessus de la joue extérieure est encore augmenté

  
du fait que le disque réfrigérant qui refroidit les parois im_mobiles de l'enveloppe., situées en face du disque de la roue motrice, baigne d'abord le coté de ces parois de l'enveloppe opposé à celui de la roue motrice. Par suite le liquide réfrigérant arrive d'abord par les raccords 21 dans l'espace annulaire 16, puis ne passe qu'après s'être légèrement échauffé par les trous 23, qui doivent être considérés comme décalés dans le sens périphérique par rapports aux raccords d'entrée
21,pour arriver dans la chambre de refroidissement 16a dont les parois sont ainsi déjà un peu moins refroidies. Puis le liquide réfrigérant qui s'est encore échauffé passe par les trous 23 a qui doivent également être considérés com-

Claims

me décalés dans le sens périphérique par rapport aux trous 23, <EMI ID=21.1>

sont réunies que par des nervures 25 avec les parois de l'enveloppe des canaux annulaires 18 qui se trouvent en face du disque

de la roue motrice. Le liquide de-refroidissement est évacué

par la tubulure 22. Les parois des canaux annulaires 18, qui

<EMI ID=22.1>

les moins refroidies et on arrive ainsi à maintenir le disque

dela roue motrice 1 à une température modérée et surtoutà peu

près uniforme en des points situés à des distances différentes

de l'axe, de sorte qu'il est possible'ainsi que des essais l'ont

démontré, de faire tourner des roues motrices ainsi construites

<EMI ID=23.1>

vant tout\nécessaire pour obtenir des rendements thermodynamiques élevés.

REVENDICATIONS.

L'invention a pour objet un dispositif de refroidissement des rotors de turbines à combustion, dans lesquelles, l'espace formé par l'enveloppe du rotor étant rendu étanche par rapport à l'aube, ce sont toujours les mêmes gaz qui y circulent,

caractérisé par les points suivants ensemble ou séparément :

a) les supports d'aubes montés dans le rotor et qui réunis- <EMI ID=24.1>

tor les surfaoes annulaires lisses, latérales du rotor.et comportent entre le rotor et les supports d'aubes des ouvertures

<EMI ID=25.1>

aubes des ouvertures d'échappement de ce gaz;

b) les cellules de ventilateur des supports d'aubes sont formées par leurs parois latérales du rotor et des parois transversales radiales qui les réunissent et se prolongent depuis les aubes jusqu^aux pieds -de fixation;

<EMI ID=26.1>

lement qui font communiquer les chambres de refroidissement avec les canaux dirigés dans le sens de l'axe au-dessous des

pieds de fixation et débouchant de leur coté dans la chambre de

gaz réfrigérant par les parois latérales du .rotor;

d) dans chaque évidement denté du rotor se trouvent deux pieds de fixation constituant le prolongement de la paroi transversale

et les supports d'aubes en forme de caisson comportent un jeu

de dilatation par rapport aux évidements dentés;

e) les supports d'aubes voisins sont symétriques l'un par rapport à l'autre et les évidements des supports des aubes voisins se complètent en formant une cellule de ventilateur; f) la chambre de gaz réfrigérant qui se trouve entre le rotor et la paroi intérieure de l'enveloppe est partagée par des nervures annulaires en plusieurs canaux annulaires concentriques et ouverte du côté du disque de la roue motrice;

g) des surfaces hélicoïdales sont montées dans les canaux annulaires;

h) les parois immobiles de la chambre de gaz réfrigérant du coté opposé de cette chambre font partie de chambres à liquide réfrigérant concentriques, qui sont parcourues l'une après l'autre et de la chambre extérieure vers la chambre intérieure par un courant d'eau de refroidissement.