BE464885A - - Google Patents

Description

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  " Perfectionnements apportés à la construction de rotors et analogues, notamment à ceux des turbines ou des compresseurs " 
La présente invention est relative à la construction et aux procédés de fabrication de corps métalliques destinés à être soumis à des températures différentielles à l'extérieur et à l'intérieur etqui produisent des sollicitations mécaniques importantes dans une région de la surface de ces corps à cause de la dilatation thermique différentielle, qui se manifeste dans ceuxci.

   L'invention concerne plus spécialement des corps métalliques, tels que des rotors ou analogues, pour des turbines ou compresseurs par exemple et y compris les disques ou roues des turbines ou autres, qui doivent subir des sollicitations thermiques, autres que celles   d'un   ordre élevé mais telles qu'elles nécessitent l'étude de le résistance de ces corps aux sollicitations à envisager.

   Un cas, pour lequel le problème de la dilatation thermique est particulièrement sérieux et pour lequel l'objet de l'invention présente un réel intérêt est celui d'une pièce annulaire, dépourvue   d'aubes,   qui fait partie du rotor d'une turbine à gaz, par exemple l'organe d'écartement qui sépare deux disques à aubes, la jante de cette pièce constituant une partie de la paroi interne du conduit annulaire de la turbine en étant, par   consé-   quent, soumise à une température élevée.

   Un autre cas 

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 analogue est celui d'un dispositif à   jentc,   de même genre, utilisé dans un compresseur   exial.   Pour des dispositifs de ce genre le problème est résolu, dans le ces où des spllicitations particulièrement élevées doivent être évitées, auxquelles peuvent s'ajouter les effets dûs à la force centrifuge, si l'or. s'arrenge de   'manière   telle gue la   dilatation   thermique de le   .pièce - ,   constituant la jente, peut se faire.

   Le problème à résoudre est le plus difficile   Quand   il s'agit de parties, dépourvues d'aubes, des rotors de turbine, de compresseur ou analogues pour la raison qu'elles ne possé ent aucun pouvoir de dilatation   contrairement   à ce qui se produit pour les parties munies d'aubes et pour lesquelles on peut prévoir un certain jeu dans le motage des embases de ces aubes. On a également constaté que le problème est rendu encore plus difficile pour des turbines, des compresseurs et   analogues   pour. la raison qu'il est désirable que celles-ci présentent une surface   périphé-   riciue lisse ce qui exclut l'intervention de fentes rediales ponmcttant une liberté de diletation suffisante. 



   La présente invention a pour but d'obtenir une solution des problèmes de dilatation thermique indiqués plus haut plus spécialement mais non exclusivement en ce qui concerne les rotors de turbine ou de compresseur tout en permettant de conserver une surface lisse pour ces organes de machine. 



   A cet effet l'invention a pour objet un corps métallique, tel qu'une jante de rotor de turbine, qui doit être soumis à des températures différentielles, à l'extérieur et à l'intérieur, susceptibles de produire des sollicitations mécaniques dans une région de la surface dudit copps dues à la dilatation, comprenantdes moyens pour réduire l'importante de ces sollicitations et qui comportent au moins une fente ménagée dans ledit corps depuis ladite surface et orientée transversalement par rapport au sens de la dilatation à laquelle on veut remédier, le débouché de cette fente comprenant des   moye    obturateurs propres à agir tout eu moins quand le corps est dilaté et à s'adapter à un état de dilatation au delà d'une limite prédéterminée par une déformation résultant d'une sollicitation mécanique due à cet état de dilatation. 



   Conformément à une autre oaractéristique de l'invention les moyens obturateurs comportent une languette orientée vers l'intérieur le long d'un bord au moins du débouché de la fente, ladite languette, tout au moins pour un état de dilatation prédéterminé dudit corps, étant en contact avec l'autre bord du débouché de manière à obturer cette fente et étant propre, en étant soumise à une sollicitation mécanique, due à une dilatation, à venir en contact avec cet autre bord pour être déformée en s'adaptant ainsi à la sollicitation en question.

   Dans ce cas et suivant une caractéristique 

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 importante de l'invention, le languette est constituée et établie de manière qu'elle puisse subir une déformation   plastique   permanente par écrasement en étant soumise à une sollicitation mécanique due à la dilatation et en venant en contact avec le bord opposé du débouché de la fente. De cette manière et après avoir servi une seule fois, la languette a une largeur suffisamment grande pour obturer complètement le débouché de la fente au cours de l'usage mais sans, toutefois, transmettre un effort mécanique au travers de la fente alors que la languette, en étant constituée en une matière assez tendre ou fragile, ne transmet aucun effort inacceptable pendant l'écrasement initial. 



   Une autre particularité de l'invention réside en un procédé pour fabriquer un corps métallique, tel qu'une jante de rotor de turbine,qui doit être soumis à des températures différentielles à l'extérieur et à l'intérieur, susceptibles de produire des sollicitations mécaniques dans une région de la surface dudit corps dues à la dilatation, et qui consiste, avant de lui donner par usinage ses dimensions définitives et près que des fentes allongées ont été percées ou sciées dans ledit corps transversalement par rapport .au sens de le dilatation à laquelle on veut remédier, à déformer les bords du débouché de chaque fente de manière telle que ledit débouché soit tout au moins suffisamment fermé pour que ses bords soient en contact l'un de l'autre quand un état de dilatation prédéterminé se produit. 



  De préférence on procède à la déformation par martelage, par laminage ou par tout autre procédé par choc analogue afin d'obtenir une languette orientée vers l'intérieur et qui s'étend de chaque coté de la fente. De préférence on donne ensuite et par usinage les dimensions définitives audit corps de manière à réduire l'épaisseur de la languette sans la supprimer. De cette manière la fente peut rester fermée, en totalité ou en partie, par une paroi très mince qui   n'est   pas capable de résister à l'effort produit à la suite de la dilatation de la jante et edle sera écrasée quand la première dilatation se produit.

   En réalité il n'est pas nécessaire, évidemment, de fermer la fente suffisamment pour que ses bords soient en contact, quand la dilatation se produit, mais en pratique cette fente est rendue très étroite et la méthode la plus simple est de la fermer complètement par l'opération de déformation. 



   Il est à noter que, pour des raisons de simplicité et de définition, l'on n'a parlé que d'une seule fente alors que l'on a généralement recours à plusieurs fentes ménagées dans un même corps. 



   Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemple, plusieurs modes de réalisation de   l'invention*   
Les figs. 1(a) 1(b), 1(c) et 1(d) montrent,   schématiquement,   plusieurs phases successives pour l'obtention d'une fente, propre à réduire les sollicitations d'un corps métallique, et de la fermeture de cette fente, conformément à l'invention. 

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   La fige 2 montre, en demi-coupe axiale, une turbine à combustion interne et avec un rotor complexe du genre de ceux auxquels l'objet de l'invention peut être appliqué avec avantage. 



   Les figs. 3, 4 et 5 montrent, à plus grande échelle et respectivement en coupe axiale, en vue de côté et en plan, une partie de   le   jante de 1'organe d'écartement du rotor de 1a turbine montrée   survie   fig 2. 



   Sur le fig. la des dessins on a d'signe par 1 la région de le surface exposée à une température élavée, d'un corps dont les parties exterres sont soumises à des températures supérieures à celles agissent sur ses parties internes, ce corps étant, par exemple, la jante d'un élément de rotor d'une turbine. Le corps 1 est percé et fendu, par exemple à l'aide d'une scie, de manière que l'on obtienne une fente à cheville qui pénètre dans lecit corps depuis sa face exposée à la température élevée. La largeur de la fente a été exagérée sur les dessins dans un but de clarté. On soppose que 1s face susdite n's subi, à   ce.moment,   qu'un finissage grossier.

   La face est alors martelée ou leminée de manière que les bords du débouché de la fente soient rabattus vers l'intérieur pour former des languettes 3 orientées l'une vers l'autre et qui obturent ce débouché (fig. lb).   Finalement   on donne eu corps ses dimensions définitives (fig. 1c) ce dui réduit   l'épais-   seur des languettes 3 de la suantité indiquée par une ligne en traits interrompus, cette quantité étant dga-   lement   exagérée pour des reisons de clarté.

   L'usinage final n'est, toutefois, pas poursuivi jusqu'2 ce que les lengettes 3   soient    supprimées,   celles-ci subsistent sous forme d'éléments   relativement     fragiles.   81 cette région superficielle se dilate, cctte   déformation   peut se faire sans que le corps subisse des tensions ou sollicitations   importantes   à causede 1a   liberté  é existant entre les deux parties adjacentes dudit corps, séparées entre-elles per la fente en question, cette liberté n'étant pas influencée,   d'un''   manière appréciable, par la résistance offerte par le éilatation   relative   des languettes 3 qui sont   écrasées,     µ, la   suite d'une telle dilatation,

   d'une quantité correspondant   exactement   la valeur de celle-ci. Quand le corps se refroidit nouveau, les   languettes   3 cessent   d'être   en contact et ne ferment plus la fente (fig. 1d) mais au cours de l'usinage la fente est toujours fermée. Cette barcoté-   ristique   convient aux turbines et aux compresseurs puisque l'état de dilatation, pour lequel la fente est fermée, se présente prequ'immsdiatement. plus spécialement dans le cas d'une turbine. 



   Pour l'exemple pratique, montré sur les figs. 



  2 à 5, la turbine comprend un rotor complexe à deux étages avec des roues à aubes 4 et   5 qui   forment un ensemble avec un anneau d'écartement 6. Les détails de ce rotor ne doivent pas être décrits et il suffit de faire observer que la jente de 1'annesn d'écartement 6 

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 forme une partie de la paroi interne du conduit annulaire de le turbine et constitue, dans ce cas, le corps que l'on veut munir de moyens propres à réduire les tensions internes dues à la dilatation.

   L'anneau 6 sert également à diviser l'intervalle, existant entre les roues 4 et 5, en des passages séparés 7 et 8 par lesquels de l'air comprimé est   fourni   à des passages ménagés dans les embases des aubes, ces passages débouchant, à l'avant et à l'arrière du rotor, dans des intervalles aboutissant au conduit dans lequel circule le fluide actif en ces endroits et également d'assurer le refroidissement du rotor. Le refroidissement interne du rotor accentue le problème de la dilatation différentielle de la jante, mais ce problème doit seulement être considéré pour l'anneau d'écartement 6 puisque le faible jeu, existant normalement entre les embases des aubes et leurs logements dans les roues 4 et 5,procure une latitude suffisante pour la dilatation de ces organes.

   Le problème de l'établissement des fentes réductrices des tensions est rendu plus compliqué du fait, les pressions à l'entréee et à la sortie de :la turbine étant différentes, qu'il est désirable que les débits de l'air comprimé, en vue d'empêcher les futés vers l'intérieur, doivent être judicieusement différents dans les passages 7 et 8. Il est donc nécessaire, dans ce cas, que les fentes susdites soient telles qu'elles ne permettent pas une communication quelconque entre les passages 7 et 8 ce qui donnerait lieu à des fuites   du. côté   haute pression vers le coté basse pression. En vue de cette difficulté, on ménage dans la jante, en forme de T, de l'anneau d'écartement 6, des fentes radiales 2 (figs. 3 à 5) établies à des intervalles appropriés le long de sa périphérie et de la manière expliquée à l'aide des figs. la à ld.

   Pour éviter toute communication latérale entre les extrémités opposées de ces fentes, on fore chaque fente dans le sens radial après la formation des languettes obturatrices et on la taraude de manièré qu on puisse y engager avec jeu une broche filetée 9 dont l'extrémité extérieure affleure à la face externe de la jante. De plus, la partie circulaire au fond de la fente est remplie avec une cheville 10 dans laquelle on ménage une encoche dont la paroi est en contact avec la broche 9 ce qui complète l'obturation et empêche un déplacement de la cheville 10 dans le sens latéral. 



   Quand la communication entre lesextrémités opposées des fentes ne présente aucun inconvénient, ces fentès peuvent être utilisées comme des canaux pour le passage d'un fluide réfrigérant ce qui est possible puisque leurs débouchés vers l'extérieur sont fermés. 



   Les fentes peuvent,évidemment, être chanfreinées par rapport au plan de rotation et il n'est pas nécessaire qu'elles soient radiales du moment qu'elles ont une orientation pour ainsi dire radiale.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS 1. Un corps métallique, tel qu'une jante de ! rotor de turbine, qui doit être soumis à des températures ; différentielles, à 1'extérieur et l'intérieur, susceptibles de produire des sollicitations mécaniques dans ! une région de la surace dudit corps dues à le dilatetion comprenant des moyens pour réduire 1'importance de ees sollicitations et oui comportent eu moins une fente @ , ménagée dans ledit corps depuis ladite surface et orien- @ tée transversalement per repport au sens de le dilatation à laquelle on veut remédier, le débouché de cette fente comprenant des moyens obturateurs propres a agir tout au moins quand le corps est dilsté et à s'adapter à un état de dilatation au delà d'une limite prédterminée par une déformation résultant d'une sollicitation mécanique due à cet état de dilatation.

   2 Un corps métallique, tel qu'une jante de rotor de turbine', tel que spécifié sub 1 et pour lequel les moyens obturateurs comportent une languette orientée vers l'intérieur le long d'un bord eu moins du débouché de la fente, ladite languette, tout au moins pour un état de dilatation prédéterminé dudit corps, étant en contact avec l'autre bord du débouché de manière à ob- turer cette fente et étant propre, en étant soumise à une sollicitation mécanique, due à une dilatation, venir en contact avec cet autre bord pour être déformée en s'adaptent ainsi à la sollicitation on question.

   3. Un corps métallique, tel qu'une jante de rotor de turbine, tel que spécifié sub 2, pour lequel la languette est constituée et établie de manière qu' elle puisse subir une déformation plastique permanente par écrasement en étant sumise à une sollicitation mécanique due à le dilatation et en venant en contact avec le bord opposé du débouché de ls fente 4:

   . Un corps métallique, tel qu'une jente de rotor de turbine et tel eue spécifié sub 1 à E et qui n'a pas été soumis à l'état de éilatation enviseper au cours de 1'usage et pour lequel les moyens obt/eurateurs, dont question plus haut, s'étendent complètement au travers du débouché de a fente dans le sens de le dilatation à laquelle on veut remédier.

   5. Un corps @étallique tel g'une jante ce rotor de turbine et tel que spécifié sub i à 3 etqui a été soumis à l'état de dilatation à envisager au cours de l'usage et pour lequel les moyens obturateurs, dont question plus haut, sont déformés en permanence à cause de la dilatation et d'une quantité dépendant de celle-ci, qand cette . ilatation a su lieu, de menière telle que, lorsque le corps est froid, le débouché de la fente soit ouvert dans le cens de la dilatation et d'une quantité juste suffisante, pour permettre toute dilatation identique ultérieure. <Desc/Clms Page number 7>

   6. Un corps métallique, tel qu'une jante de rotor de turbine et tel que spécifié sub 1 à 5, pour lequel toute communication entre les extrémités opposées de la fente est interrompue par des moyens d'étanchéité éteblis en profondeur dans la fente.

   7. Un corps métallique tel qu'une jante de rotor de turbine et tel que spécifié sub 6, pour lequel les moyens d'étanchéité comportent une broche filetée vissée, en profondeur, dans la fente et en contact avec un siège prévu sur le fond de celle-ci.

   8. Un corps métallique, tel qu'une jante de rotor de turbine et tel que spécifié sub 7, pour lequel la fente comporte, au fond, un trou à cheville, la com- munication entre les extrémités opposées dudit trou étant interrompue à l'aide d'une cheville engéée dans celui-ci et qui forme un siège pour l'organe d étanchéité introduit en profondeur dans la fente.

   9. Un rotor complexe pour une turbine, un com- presseur ou analogue et comportant une partie munie d'aubes et une partie dépourvue d'aubes et qui fait par- tie de la surface du rotor, celui comprenant des moyens propres à réduire les tensions ou sollicitations in- ternes, analogues à ceux définis dans les revendications précédentes et adjoints à la partie dépourvue d'aubes.

   10. Un rotor complexe pour une turbine, un compresseur ou analogue et comportant au moins deux élé- ments à aubes séparés par un élément avec une jante dé- pourvue d'aubes et qui forme la surface du rotor entre les éléments à aubes, cet élément avec jante comportant des moyens propres à réduire les tensions ou sollicitations internes, analogues à ceux défnis dans les revendications précédentes.

   11. Un procédé pour fabriquer un corps métal- lique, tel qu'une jante de rotor de turbine qui doit être soumis à des températures différentielles, à l'extérieur et à l'intérieur, susceptibles de produire des sollici- tations mécaniques dans une région de la surface dudit corps dues à la dilatation et qui consiste, avant de lui donner par usinage ses dimensions définitives et après que des fentes allongées ont été percées pu sciées dans ledit corps transversélement par rapport au sens de la dilatation à laquelle on veut remédier, à déformer les bords du débouché de chaque fente de manière telle que ledit débouché soit tout au moins suffisamment fermé pour que ses bords soient en contact l'un de l'autre quand un état de dilatation prédéterminé se produit.

   12. Un procédé pour fabriquer un corps métal- lique, tel qu'une jante pour un rotor de turbine, tel que spécifié sub 11, suivant le quel le déformation forme au débouché de la fente une languette propre à être défor- mée en permanence quand elle est soumise à une sollici- tation mécanique résultant de la dilatation dudit corps. <Desc/Clms Page number 8>

   13. Un procédé pour fabriquer un corps métallique, tel qu'une jante pour Lui rotor de turbine, tel que spécifié sub 11 ou 12, suivent lequel la déformation est obtenue par martelage ou toute autre opération agissant par choc.

   14. Un procédé pour fabriquer un corps métal- lique, tel qu'une jente pour un rotor de turbine, tel que spécifié sub 11 à 13, suivent lequel l'opération de déformation est suivie d'une opération d'usinage pour donner à la surface fendue ses dimensions définitives, cet usinage réduisant 1'épaisseur de la partie déformée sans la supprimer.

   15. Une roue de rotor pour turbine oui est soumise à des températures différentielles à l'extérieur et à l'intérieur et propre à produire, dans la région de se partie externe, une tension mécanique due à la dilatation thermique, cette roue comprenant des moyens pour réduire l'importance de cette tension et qui sont constitués et agencés comme décrit plus haut en se référant à la fig. l, à le fig. 2 ou aux. fig.s 3 à 5 des dessins ci-annexés.

   16. Un procédé pour la fabrication d'une roue de rotor pour turbine qui est soumise à des températures différentielles à l'extérieur et à l'intérieur et propre à réduire, dans la région de sapartie externe, une tension mécanique due à le dilation, en substance cornue décrit en se référent à la fig. 1 des dessins ci-annexés.