BE505902A

BE505902A -

Info

Publication number: BE505902A
Authority: BE

Description

'PERFECTIONNEMENTS 'APPORTES AUX ,SUPPORTS.IDES .ORGANES .EXTERNES ID IUNE
MACHINE \ROTATIVE STELLE QU@UNE ''TURBINE.

L'invention est relative à un support pour les organes externes d'une machine rotative, telle qu'une turbine, ces organes devant être main- tenus dans une relation géométriquement similaire par rapport à !-,arbre de la- dite machine malgré que ces organes subissent une dilatation appréciable.

Elle est plus particulièrement applicable au support des con- duits d'échappement, en forme de tambour, des installations avec turbine à gaz dans laquelle passe un courant gazeux à température élevée. Dans ce cas la dilatation différentielle des divers organes de l'installation et les jeux réduits qui sont permis entre les aubes du rotor et du stator sont la cause que le problème de la dilatation thermique est sérieux.

Il a été d'usage, pour un grand nombre de machines rotatives construites jusqu'ici, de renforcer la construction et les appuis de manière telle qu'ils puissent résister, tout au moins en partie, à la dilatation ther- mique.En adoptant une construction appropriée on est parvenu à compenser les sollicitations thermiques jusqu'à une valeur prédéterminée mais malgré tout on n'a pu éviter les déformations. On a continué à procéder de la sorte, en général, pour la raison que les températures atteintes n'étaient pas suffi- samment élevées pour que des conditions critiques puissent être atteintes.

Depuis l'évolution des installations avec turbine à gaz des températures fonc- tionnelles beaucoup plus élevées sont toutefois devenues usuelles. Une turbi- ne à gaz a fonctionné pendant deux heures avec un courant gazeux à une tempe- rature de 1260 et il est vraisemblable que d'autres installations, calculées pour pouvoir fonctionner à de telles températures, suivront car le gain que l'on compte obtenir pour le rendement thermique est très intéressant. Il est évident que dans ces conditions on doit s'occuper du problème de la dilatation

thermique et qu'en outre tout essai pour vouloir s'opposer à cette dilata- tion est voué à un insuccès.

Pour une installation avec turbine à gaz l'enveloppe de la turbine est supportée par un dispositif qui est agencé de manière à permet- tre des mouvements réduits des appuis sans quil en résulte des effets de torsion pour la machinerie proprement dite. Ce support est rendu un peu fle- xible, le mouvement latéral de l'axe de l'arbre étant permis. On prétend que la dilatation de l'enveloppe elle-même ne déplace pas l'arbre moteur d'une manière appréciable.

L'invention a pour objet un support pour les organes externes d'une machine rotative, telle qu'une turbine, ces organes devant être main- tenus dans une relation géométriquement similaire par rapport à l'arbre de ladite machine malgré que ces organes subissent une dilatation apprécia- ble, ce support étant caractérisé par au moins trois dispositifs de fixa- tion établis à l'extérieur de la structure externe,par au moins un appui, fixe dans l'espace, de chaque côté du plan vertical passant par l'axe de l'arbre de la machine et par au moins trois biellettes dont chacune est ar- ticulée, d'une part, à un dispositif de fixation et, d'autre part, à un appui, les dispositifs de fixation,

les biellettes et les points d'appui occupant des positions relatives telles que chaque biellette soit sensible- ment normale à une droite passant par 1?axe de 1-'arbre et le dispositif de fixation auquel elle est articulée.

Des points d'appui, écartés axialement, peuvent être prévus de part et d'autre de la structure. Deux biellettes peuvent être articulées à un même point d'appui et, dans tous les cas, les biellettes peuvent être re- froidies intérieurement. La structure supportée peut soutenir, en elle-même, une partie fixe de la machinerie et dans ce cas toute tendance à une dila- tation différentielle entre la partie fixe et la structure est tolérée.

Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemple, plusieurs modes de réalisation de l'invention.

Les figso 1 et 2 montrent, respectivement en coupe axiale et en coupe transversale selon A-A fig. 1, une turbine à gaz dont le support de 1-'enveloppe est établi selon un mode de réalisation particulier de l'in- vention. la fig.3 montre, en vue en bout schématique, certains détails des biellettes et des dispositifs de fixation faisant partie de ce support.

La fig. 4 montre, à plus grande échelle et en coupe, cor-ment, la couronne des aubes du stator est supportée par le conduit d'échappement de la turbine.

Ia fig. 5 est une coupe selon B-D fig. 3.

La fig. 6 montre, schématiquement, d'autres modes de réalisation de 1-'invention,
La fig. 1 montre la turbine à gaz qui fait partie d'une instal- lation industrielle. Cette turbine est reliée par les accouplements 10 et 11 respectivement aux compresseurs à haute et à basse pression. Les gaz'chauds, fournis par le dispositif de combustion, sent introduits dans le conduit d'admission 12 d'où ils pénètrent dans le rotor 13 de la turbine à quatre é- tages. A la sortie de la turbine les gaz traversent le conduit 14 avec ses ailettes de guidage jusque dans le conduit d'échappement 15.

Le rotor 13 de la turbine est monté sur un arbre 16 dont les ex- trémités sont tourillonnées dans des paliers 17 qui reposent sur des plaques d'assise 18.

Le fonctionnement de la turbine ne fait pas partie de l'inven- tion et n'est donc pas décrit mais il est à noter que les températures des gaz utilisés sont relativement élevées comparativement à celles utilisées dans des machines rotatives connues, qui font partie d'une installation fixe.

Dans ces conditions il est clair que le conduit d'échappement 15 est suscep- tible de se dilater d'une manière appréciable pendant le fonctionnement de la turbine. Il est nécessaire que pendant cette dilatation thermique le sup- port puisse maintenir le conduit dans une relation géométriquement similaire par rapport à 1?axe de 1?arbre 16 car il est clair qu'il nest pratiquement pas possible de vouloir s'opposer à la dilatation. Les efforts pour résister à la dilatation auraient pour effet de produire une déformation sérieuse du conduit et si celui-ci avait une section épaisse les tensions internes, qui en résulteraient, provoqueraient très probablement sa rupture.

De plus, pour cette machine particulière, le conduit 15 porte, à l'intérieur, le support 19 des aubes du stator, ce support formant également la paroi annu- laire externe du passage pour le fluide dans la turbine. Toute déformation du conduit d'échappement., par suite d'une dilatation thermique, aurait é- gale.ment pour effet de déformer les aubages du stator portés par ce conduit et, par conséquent, de déranger les aubages du rotor et du stator de la tur- bine.

Le support du conduit d'échappement est bien visible sur la fig. 2. Des appuis fixes 20 sont établis de part et dautre du plan vertical passant par l'axe de l'arbre de la turbine, ces appuis reposant sur des plaques d'assise rigides 21. A ces appuis 20 sont articulées des biellettes 22 qui supportent le poids du conduit d'échappement. Chacune de ces biellet- tes est articulée, d'une part, à un appui 20 et, d'autre part, à un di spo- sitif de fixation tel qu'un pivot 23 supporté à l'extérieur du conduit 15.

Ces dispositifs de fixation occupent des positions telles par rapport aux appuis 20 et par rapport à 1?axe de l'arbre, lorsque le conduit 15 et ses organes de support sont assemblés, que la droite passant par cet axe et l'un quelconque des dispositifs de fixation 23 soit sensiblement perpendi- culaire à la biellette 22 qui relie ce dispositif de fixation particulier à un appui. L'intersection à angle droit de la biellette avec la droite sus- dite est adoptée pour pouvoir concilier, autant que possible, le mouvement curviligne nécessaire de la biellette avec le mouvement rectiligne, provo- qué par la dilatation thermique, du conduit 15 aux articulations 23. L'an- gle d'intersection est compris, de préférence, entre 85 et 95 pour que cette conciliation soit vraiment effective.

Comme tous les points du conduit se dilatent radialement vers l'extérieur sans subir aucune contrainte, tou- tes les biellettes pivotent et aucune tension n'est produite dans le conduit lui-même ou dans les paliers 17 de l'arbre. L'expansion libre du conduit peut atteindre 5,5 mm avec un conduit ayant un diamètre de 90 cm et quand les gaz d'échappement ont une température de 400 .

La fig. 3 montre plus clairement l'agencement longitudinal du support du conduit d'échappement. Deux appuis 20, écartés axialement, se trouvent de chaque côté du plan vertical passant par l'axe de l'arbre, ceux qui sont placés d'un côté de ce plan étant seulement visibles. Deux biellet- tes sont articulées à chaque appui et un axe commun 24 traverse les quatre articulations des biellettes et les appuis. Des plaques de liaison 25 sont établies entre les deux biellettes qui se trouvent au-dessus de 11' axe 24 et entre celles qui sont prévues en dessous de cet axe. Ces plaques de liai- son 25 augmentent la rigidité dans une direction axiale.

Il est indésirable que la température élevée, qui agit sur le conduit 15, soit transmise aux appuis. Pour cette raison les bielletes 22 peuvent être constituées par des tubes de même que l'axe 24 peut être creux et peut comporter des petits trous (non montrés) par lesquels de l'air re- froidisseur peut pénétrer depuis 1-'axe creux 24 dans les biellettes tubu- laires.

D'autres trous 26 sont alors ménagés dans ces biellettes tubulaires pour compléter le passage dans lequel l'air refroidisseur peut circuler li- brement par convexion naturelle en pénétrant dans 1-'axe creux 24, en passant

à 1?intérieur des bielletes et en sortant par les trous 26. Suivant une variante on peut adopter une circulation forcée de 1?air refroidisseur dans le même passage. Au lieu de se servir d'un axe long 24 entre les deux appuis 20 on peut utiliser chaque appui comme support d'une articulation pour les deux biellettes correspondantes, par exemple un court pivot sou- tenu, à ses extrémités, dans des paliers portés par cet appui.

Au cours de la description de la fige 1, on dit que le conduit 15 porte, à 1?intérieur, le support 19 des aubes du stator et le dispositif compensateur pour la dilatation différentielle de ces deux organes est mon- tré sur les figs. 4 et 5. Le support 19 comprend un rebord intégral 27 des- tiné à être logé dans une gorge 28 du conduit d'échappement 15. Le centrage du support des aubes est obtenu par quatre goujons 29 qui peuvent coulisser dans des encoches radiales 30 ménagées dans le rebord 27.On préfère se ser- vir de quatre goujons mais trois, répartis à 120 autour du rebord, peuvent suffire si le support des aubes est en une pièce. S'il est en deux pièces, comme montré, quatre goujons sont nécessaires.

La dilatation relative du support des aubes dans le conduit d'échappement est ainsi permise et l'em- placement coaxial de ce conduit par rapport à 1 axe de l'arbre, ce qui est une nécessité impérative,est assuré pour toutes les conditions de fonction- nement.

Un mode de réalisation préféré a été décrit ci=dessus, pour lequel l'ensemble du conduit d'échappement est supporté par huit biellettes disposées suivant deux paires axialement espacées placées de chaque côté de l'ensemble supporté. De cette manière la dilatation thermique du conduit) sans production de tensions internes et d'une déformation, est permise et un mode de support axial est en même temps obtenu. D'autres modes de réali- sation de l'invention peuvent être envisagés et certains d'entre eux sont montrés schématiquement sur la fig. 6 sur laquelle les organes sont désignés par les mêmes chiffres de référence que ci-dessus.

Pour tous ces modes de réalisation il est essentiel qu'un appui fixe se trouve de chaque coté de la structure et que 1?on utilise au moins trois biellettes. la relation de per- pendicularité ou à peu près entre la biellette et la droite reliant 1-'axe de 1-'arbre à un dispositif de fixation approprié est également essentielle pour permettre la dilatation radiale sans que l'axe de l'arbre ait une tendance à se déplacer. Les dispositions, montrées sur la fig. 6, représentent seule- ment des variantes, choisies parmi un grand nombre de modes de réalisation possibles, du dispositif préféré décrit en détail plus haut.

REVENDICATIONS.

1.- Un support pour les organes externes d'une machine rotati- ve, telle qu'une turbine, ces organes devant être maintenus dans une rela- tion géométriquement similaire par rapport à l'arbre de ladite machine mal- gré que ces organes subissent une dilatation appréciable, ce support étant caractérisé par au moins trois dispositifs de fixation établis à l'extérieur de la structure externe, par au moins un appui, fixe dans ],'espace, de cha- que côté du plan vertical passent par l'axe de Marbre d.e la machine et par au moins trois biellettes aont chacune est articulée, d'une part, à un dis- positif de fixation et, d'autre part, à 'un appui, les dispositifs de fixa- tion,

les biellettes et les points d'appui occupant des positions relatives telles que chaque biellette soit sensiblement normale à une droite passant par l'axe de l'arbre et le dispositif de fixation auquel elle est articulée.

Claims

2.- Un support selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'on établit deux appuis éartés axialement, de chaque côté dudit plan vertical, des dispositifs de fixation espacés axialement étant également é- tablis de part et d'autre de ce plan vertical leurs emplacements correspon- dant à ceux desdits appuis. <Desc/Clms Page number 5>

3.- Un support selon la revendication 2 caractérisé par le fait que 1?on articule deux biellettes à chacun des appuis écartés axialement et que l'on établit deux paires de dispositifs de fixation, axialement espacés, de part et d'autre dudit plan vertical passant dans la structure pour pouvoir articuler également à chaque paire de ces dispositifs les deux biellettes re- liées à l'appui correspondant.

4.- Un support pour les organes externes d'une machine rotative, telle qu'une turbine, ces organes devant être maintenus dans une relation géo- métriquement similaire par rapport à l'arbre de ladite machine malgré que ces organes subissent une dilatation appréciable, caractérisé par le fait qu'il comporte deux appuis, axialement écartés et fixes dans l'espace, que l'on é- tablit de chaque côté du plan vertical passant par l'axe de l'arbre de la ma- chine, au moins quatre biellettes, refroidies intérieurement et articulées chacune, à une extrémité, à un appui et au moins quatre dispositifs de fixa- tion dont chacun est agencé de manière telle que l'on puisse y articuler l'autre extrémité de ladite biellette et qu'il occupe un emplacement tel, à l'extérieur de la structure,

que chaque biellette soit sensiblement perpen- diculaire à une droite passant par l'axe de l'arbre et le dispositif de fi- xation'auquel elle est reliée.

5.- Un support selon la revendication 4 caractérisé par le fait que l'on donne aux biellettes une forme tubulaire, tout au moins sur une partie de leur longueur comprise entre leurs extrémités, des passages étant prévus pour un fluide refroidisseur, ces passages coprenant les parties tu- bulaires desdites biellettes.

6.- Un support selon la revendication 5 caractérisé par le fait que l'on ménage des passages pour un fluide refroidisseur dans les appuis, ces passages ainsi que ceux prévus dans les biellettes étant agencés de ma- nière telle que ledit fluide puisse couler directement depuis les appuis dans les biellettes.

7.- Un support pour les organes externes d'une machine rotative, telle quune turbine, ces organes devant être maintenus dans une relation géométriquement similaire par rapport à 1?arbre de ladite machine malgré que ces organes subissent une dilatation appréciable, caractérisé par le fait quil comporte au moins trois dispositifs de fixation établis à l'extérieur de la structure, au moins un appui, fixe dans l'espace, qui se trouve de cha- que côté du plan vertical passant par l'arbre de l'axe, au moins trois biel- lettes dont chacune est articulée, d'une part, à un dispositif de fixation et, d'autre part, à un appui, les dispositifs de fixation,

les biellettes et les appuis occupant des positions relatives telles que chaque biellette soit sensiblement perpendiculaire à une droite passant par l'axe de l'arbre et le dispositif de fixation auquel elle est articulée, un organe fixe de la machi- ne supporté à l'intérieur de ladite structure et des moyens propres à permet- tre une dilatation différentielle entre ledit organe et ladite structure, pour supporter cet organe dans la structure.

8.- Un support selon la revendication 7 caractérisé par le fait que l'on fait comporter aux moyens de support un rebord radial qui fait par- tie de l'organe fixe et dans la périphérie duquel on ménage trois encoches radiales, des goujons, solidaires de ladite structure, pouvant coulisser dans lesdites encoches.

9.- Un support pour les organes externes dune machine rotative, telle qu'une turbine, ees organes devant être maintenus dans une relation géo- métriquement similaire par rapport à l'arbre de ladite machine malgré que ces organes subissent une dilatation appréciable, caractérisé par le fait qu'il comporte deux appuis, axialement écartés et fixes dans l'espace, qui se trou- vent de chaque côté d'un plan vertical passant par 1?axe de arbre, huit biel- lettes dont deux sont articulées à chacun de ces appuis, des passages ménagés <Desc/Clms Page number 6> dans ces biellettes pour un fluide refroidisseur,

huit dispositifs de fixa- tion établis à 19extérieur de la structure, deux de ces dispositifs étant prévus pour chaque appui , afin que l'on puisse y articuler les extrémités des biellettes écartées dudit appui, les appuis, biellettes et dispositifs de fixation occupant des positions relatives telles que chaque biellette soit sensiblement perpendiculaire à une droite passant par l'axe de l'arbre et le dispositif de fixation auquel elle est reliée.

10.- Un support selon la revendication 9 caractérisé par le fait que l'on donne aux appuis des emplacements tels que les centres des articu- lations outils comportent se trouvent tous dans le plan horizontal passant par l'axe de l'arbre.

11.- Un support selon la revendication 10 caractérisé par le fait qu'il comporte deux biellettes, de chaque coté du plan vertical axial, pour relier leurs appuis respectifs à des dispositifs de fixation qui se trouvent au-dessus du plan horizontal axial, un autre ensemble de biellet- tes et de dispositifs de fixation étant établi symétriquement sous ledit plan horizontal.

12.- Un support selon la revendication 11 caractérisé par le fait que l'on renforce par des plaques de liaison les deux biellettes qui se trou- vent dans chacun des quatre secteurs délimités par ledit plan vertical axial et par ledit plan horizontal axial.