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AUBE POUR TURBOMACHINES COMPORTANT UNE PALETTE PROFILEE EN TOLE ET UNE EMBASE SOUDEE.
Dans les turbomachines à circulation axiale, aussi bien géné- ratrices que consommatrices, on utilise fréquemment des aubes creuses façonnées en tôle pour la simplification de la fabrication, dans quelques cas également pour le refroidissement par l'intérieùr. Les aubes de ce genre offrent un certain nombre d'avantages appréciables. Mais il a tou- jours été difficile d'assembler la palette profilée de l'aube avec une em- base destinée à être encastrée dans un disque de rotor de la turbomachine, ou d'assembler cette palette directement avec le disque de rotor. Pour l'embase, on taille dans certains cas le profil de la¯palette en partant d'une embase én une ou deux pièces, et on fait passer la palette profilée en tôle dans l'ouverture ainsi obtenue, on la sertit à l'extrémité infé- rieure et on l'assemble par soudure avec l'embase.
Dans d'autres cas, on laisse sur l'embase un embouti-qui doit venir s'appliquer sur le pour- tour intérieur de la palette profilée et on engage la palette sur cet em- bout, ce qui permet en suite d'effectuer l'assemblage de la palette et de l'embase par soudure. Mais ces opérations de soudure exigent une expé- rience et des précautions spéciales, par exemple l'utilisation d'un gaz protecteur. On sait également par expérience qu'elles rendent nécessaire un contrôle consécutif rigoureux des cordons de soudure par la détection de défauts, par exemple de "pailles".
Pour cette raison, on a donc également proposé des modes de fixation ne comprenant aucun assemblage par soudure entre la palette en tôle et l'embase, la palette étant le plus souvent coincée entre l'embase et le rotor ou accrochée à un boulon cylindrique. Or les dispositifs d'as- semblage de ce genre exigent une préparation importante de la fabrica- tion avec des dispositifs compliquées, de sorte que leur utilisation ne peut être envisagée que pour un très grand nombre de pièces identiques, mais non pas pour un nombre relativement réduit de pièces à cause des dépenses.
L'utilisation d'un assemblage par soudure est toujours avanta- geux pour les aubes creuses façonnées en tôle, à condition qu'il soit pos- sible d'appliquer la soudure électrique par points se laissant facilement
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régler par voie mécanique. On a donc déjà tenté d'augmenter la longueur des embouts de l'embase venant s'appliquer sur le pourtour intérieur de la palette profilée en tôle, de façon que la soudure par points devienne possible. Or on a trouvé qu'il n'est pratiquement pas possible d'obtenir avec des moyens simples un contact sür et uniforme entre la palette et l'embout de l'embase sur tout le pourtour, de sorte qu'il nest également pas possible d'obtenir un assemblage irréprochable.
L'assemblage par soudure devient ainsi dé- fectueux, et on doit accepter des empreintes très profondes aux points de soudure. Or, ces empreintes ne peuvent être tolérées, notamment en ce qui concerne les conditions d'écoulement des fluides. Si on doit les supprimer par des opérations complémentaires, celles-ci exigent une main-d'oeuvre sup- plémentaire et il en résulte du reste facilement une réduction de la résis- tance mécanique. De plus, la rigidité de l'aube est relativement faible à l'endroit de l'assemblage, car le moment de résistance n'est alors pas dé- terminé par le pourtour extérieur, mais seulement par le pourtour intérieur du profil.
Le but de l'invention est de créer une aube pour turbomachines comportant une palette profilée façonnée en tôle et une embase soudée, et dans laquelle la constitution appropriée de la palette et de l'embase per- met d'obtenir un assemblage parfait entre les deux éléments par un procédé de fabrication simple. Suivant la présente invention, on obtient ce ré- sultat par le fait que la palette profilée aussi bine que l'embase présen- tent aux points de contact un gradin sn dehors de la zone qui entre en con- tact avec le fluide; de la sorte, la palette profilée repose par ses prolon- gements de l'intrados et de l'extrados, à fixer à l'embase par soudure, sur un support forme par l'embase et suffisamment résistant pour l'opération de soudure.
Le dessin annexé représente à titre d'exemples quelques modes de réalisation de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en perspective d'une aube creuse à forte courbure pour turbomachines à circulation axiale.
La fig. 2 est une vue --. perspective de l'embase de cette aube avant son assemblage avec la palette profilée façonnée en tôle.
Les figs. 3 et 4 sont des vues en perspective simulaires à cel- les des figso 1 et 2, et montrent un autre mode de réalisation d'une aube suivant l'invention et de son embase sans la palette profilée.
La fig. 5 est une vue en perspective d'un troisième mode de réalisation.
La fig. 6 est une vue en perspective de l'embase de cette aube sans la palette profilée.
La fige 7 est une vue en élévation d'un mode de réalisation dans lequel le rabattement des extrémités inférieures de la palette profilée as- sure une sécurité complémentaire pour la fixation.
La fig. 8 est une vue en coupe verticale suivant la ligne VIII- VIII de la fig. 7.
La fige 9 est une vue en coupe horizontale de la palette profilée de l'aube.
La fig. 10 est une vue en perspective d'une aube à très faible courbure de la palette profilée.
La fig. 11 est une vue en coupe horizontale d'un joint de sou- dure de cette aube.
La fig. 12 représente un mode de réalisation dans lequel la for- me du profil est établie définitivement déjà avant la soudure.
La fig. 13 est une vue en coupe horizontale suivant la ligne XIII-XIII de la fig. 12.
La fig. 14 est une vue en coupe suivant la ligne XIV-XIV de la
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fig. 13.
Dans la suite de cette description, les explications concernant les caractéristiques communes à tous les modes de réalisation ne seront pas reprises pour chaque figure.
L'aube représentée sur les figs. 1 et 2, qui peut par exemple servir d'aube de turbine à vapeur, comporte une palette profilée façonnée en tôle, plus exactement en deux pièces de tôle 1 et 2, et montée sur une embase pleine 3. Pour l'assemblage par soudure, on applique d'abord la pièce de tôle 1 contre la face 4 de l'embase 3 et on la fixe par des points de soudure. On applique ensuite la pièce de tôle 2 contre la face 5de 1' embase 3 et on la fixe également à cette embase par des points de soudure.
Grâce au fait que la palette profilée 1,2 aussi bien que l'embase 3 pré- sentent un gradin entre les faces de contact et en dehors de la zone de l'aube balayée par le fluide, on obtient que la palette profilée 1, 2 repose pendant l'opération de soudure sur un support suffisamment résis- tant, formé par l'embase par les prolongements de l'intrados et de l'extra- dos à fixer aux faces 4 et 5 de l'embase. Ensuite on assemble par soudure d'une manière connue en soi les bords 7 de la palette le long desquels les pièces de tôle 1 et 2 se touchent. Par "soudure" on entend dans ce cas également les assemblages avec apport d'un métal de soudure. La palet- te profilée 1, 2 ne reçoit donc sa forme définitive qu'après l'exécution de la première opération d'assemblage de cette partie avec l'embase 3.
Un rebord de sertissage prévu à l'extrémité supérieure de la palette profi- lée 1,2 sert à la fixation d'une bande de recouvrement 6.
L'avantage particulier du mode de réalisation décrit consiste en ce que, pendant l'assemblage par soudure des pièces de tôle, 1, 2, d'une part, et des faces de soudure 4 et 5, d'autre part, l'embase pleine 3 peut être maintenue assez solidement pour que la soudure par point puisse être exécutée irréprochablement. Les points de soudure non représentés sont placés en dehors de la zone de l'aube creuse balayée par le fluide, de sorte que les empreintes résultant éventuellement de l'assemblage par soudure ne peuvent produire des effets nuisibles en ce qui concerne l'é- coulement des fluides. Il n'est donc également pas nécessaire de recti- fier ces empreintes.
L'assemblage et la fabrication de l'aube terminée que montre la fig. 3 ont lieu d'une manière similaire. La fig. 4 montre de cette aube l'embase 8 sans la palette profilée constituée par les pièces de tôle 9 et 10. Cette palette ainsi que l'embase 8 présentent encore aux points de contact un gradin placé en dehors de la zone de l'aube creuse balayée par le fluide. Pour la fabrication, on soùde d'abord la pièce 10 dela palette à la face Il de l'embase 8, et ensuite la pièce 9 à la face 12. Après ces opérations, on soude d'une manière connue en soi les bords 13 de la pa- lette profilée. A l'opposé de ce que montrent les fig. 1 et 2, on voit que la forme des faces de contact 11 et 12 de l'embase pleine 8 est con- vexe, ce qui offre certains avantages pour la soudure par points.
L'em- base 8 se laisse également fabriquer d'une manière un peu plus simple que l'embase 3. Toutefois, pour cette dernière, il est éventuellement possi- ble d'utiliser les embases d'aubes pleines connues, lorsqu'un rotor doit être regarni d'aubes neuves.
L'aube creuse que montre la fige 5 comporte une palette pro- filée constituée par une seule pièce de tôle 15 qui est assemblée par sou- dure avec l'embase 16 sur les faces de contact 17 et 18. La fig. 6 repré- sente l'embase 16 sans la palette profilée en tôle 15. Pour la fixation à la face de contact 17 de l'embase 16, on utilise une pièce de tôle 15 préalablement ondulée, qu'on applique sur la face 17 et qu'on fixe ensuite par des points de soudure. Les traits mixtes indiquent la position de 1' intrados de l'aube à côté de l'embase 16 pendant cette opération.
Après la fixation, on plie la pièce de tôle profilée 15 autour d'une arête de la palette, de préférence autour du bord d'attaque E pour lui donner sa forme définitive, et pour établir également le contact entre cette pièce de tôle 15 et la face 18 de l'embase 16. Il est ensuite possible de procéder à 1'
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assemblage par soudure de la pièce de tôle 15 avec la face de contact 18 de l'embase 16. Dans certaines conditions, il peut être indiqué d'intercaler une opération pour la torsion de la palette profilée ou pour la soudure du bord encore ouvert, qui est alors le bord de fuite. Cette opération inter- médiaire peut être effectuée d'une façon générale dans tous les cas, donc même pour les modes de réalisation représentés aux figs. l à 4.
En dehors de la soudure sur les faces de contact 4-5, 11-12 et 17-18 séparées par un gradin, soudure pour laquelle la résistance au cisail- lement intervient seule comme résistance mécanique, on peut prévoit des moyens de maintien complémentaires destinés à améliorer davantage l'assembla- ge. Dans les modes de réalisation représentés sur les figs. 1, 2 et 3,4, les prolongements de l'intrados et de l'extrados des palettes 2 et 9 à fixer aux embases 3 et 8 ont par exemple une forme en tête de marteau épousant la forme de l'embase.. On peut prévoir des moyens de maintien similaires pour les assemblages avec des embases d'une autre former par exemple d'une forme en "sapin" etc...
Les figs. 7,8 et 9 montrent que le rabattement d'une palette profilée 20 à l'extrémité inférieure sur l'embase peut assurer une fixation complémentaire. Sur les figs. 7 et 3, des flèches indiquent de quelle ma- nière les languettes repliées 21 et 22 de la palette 20 peuvent être fixées à l'embase 23, de façon à complèter la solidité des assemblages par soudure 24 et 25 entre la palette 20 et l'embase 23. Ce sertissage de la palette en tôle pour l'augmentation de la soiicité de l'assemblage peut être répété d'une deuxième et une troisième fois, et on peut marne dans certains cas effectuer une soudure avec ou sans apport.
Les figs. 10 et 11 représentent respectivement en perspective et en coupe un autre mode de réalisation de l'objet de l'invention. Il s'agit dans ce cas d'une aube à très faible courbure, telle qu'on l'utilise par exemple dans les compresseurs à refoulement axial. Le mode de fabrica- tion est similaire à celui du mode de réalisation que montrent les figs.
7, 8 et 9. On utilise encore une palette profilée 26 d'une seule pièce, préalablementprofilée (de la man' re indiquée en traits mixtes), qu'on applique contre la face de contact 27 et qu'on assemble ensuite avec 1' embase 28 par des points de soudure 29 (fig. Il). On plie ensuite la pièce de tôle 26 autour du bord d'attaque, pour établir également le contact entre la face 30 de la palette 26 alors tubulaire et l'embase 28, ce qui permet la soudure en cet endroit
Pour la soudure du bord de fuite, on peut se reporter à ce qui a été indique précédemment à ce sujet.
La fig. Il est une vue en coupe transversale de l'une des joints de soudure entre les faces 27,30 que montre la fig . 10. On voit que la tôle profilée 26 présente dans ce cas de profondes rainures 3le destinées à éviter autant que possible une dérivation par les points de soudure 29 déjà réalisés pendant l'application d'une électrode de soudure par points 32. Si l'orientation des rainures 31 correspond à la direction d'écoule- ment du fluide pendant le fonctionnement il n'en résulte aucune réduction appréciable de la résistance, mais bien une soudure beaucoup plus uniforme.
Pour les cas extrêmes, on peut remplacer les rainures 31 par des incisions étroites continues. Ces incisions peuvent s'étendre sur une aire au-des- sous de la zone balayée par le fluide, mais elles peuvent également péné- trer jusqu'à une faible distance dans cette zone, ce qui offre des avantages surtout si on désire obtenir une aspiration de la couche-limite à proximité du moyeu pendant le fonctionnement. La faible réduction de la résistance résultant des incisions peut être facilement compensée par un doublage de l'épaisseur de la tôle en cet endroit. D'une façon générale, la résistance mécanique de l'aube au niveau de l'embase peut être augmentée de cette maniè- re.
Dans les modes de réalisaticn de l'objet de l'invention décrits jusqu'ici,il s'agit d'aubes dont la palette profilée ne reçoit sa forme dé- finitive qu'après la soudure effectuée entre cette palette en tôle et l'em-
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base sur les faces de contact 4, 11, 24, 27, soit par addition d'une deu- xième pièce de tôle, soit par pliage d'une pièce unique de tôle profilée après la soudure sur la face de contact précitée.
Par contre,les figs. 12, 13 et 14 montrent un mode de réalisa- tion dans lequel la palette profilée est définitivement achevée avant la soudure. A cet effet, une languette 35 des deux prolongements de la palet- te profilée à fixer à l'embase 38 est percée de quelques trous 36 de façon qu'il soit possible d'introduire des électrodes de soudure par points pour la soudure sur une face de contact 37, même si la palette en tôle profilée a déjà reçu sa forme définitive par une premïère opération pour l'assembla- ge de la palette avec l'embase. La soudure entre la languette en tôle 35 et l'embase 38 peut donc avoir lieu immédiatement après ou même avant.
Pour compenser la réduction de la résistance mécanique résultant des trous 36, on peut prévoir une feuille de tôle 39, qui est reliée à la tôle profilée 35 par une ligne de soudure 40, par exemple, au-dessus des trous 36. Dans - ce cas encore, comme du reste dans tous les exemples précédents, la soudu- re par points peut être remplacée par une soudure avec apport.
Les aubes du genre précédemment décrit peuvent être utilisées non seulement dans les turbomachines à circulation axiale., mais également dans les turbines à circulation radiale, dites turbines "Ljungström", la palette en tôle profilée étant alors placée par rapport à l'embase de fagon que la traction en tête soit éliminée de la soudure avec ou sans apport.
Le mode de montage suivant l'invention convient également au refroidissement par l'intérieur des aubes dans les turbomachines fonction- nant dans des gammes de températures très élevées. A cet effet, les dis- positifs que montrent les figs. 1, 2 et 3,4 peuvent recevoir le fluide de refroidissement par le bas et par un coté de l'aube creuse, ce fluide pouvant être également évacué d'une manière similaire à condition que le disque de rotor correspondant présente les rainures annulaires nécessaires à cet effet pour la distribution et pour l'évacuation du fluide de refroi- dissement. Le refroidissement par l'intérieur des aubes montées de la ma- nière indiquée sur les figs. 5, 6 et 7, 3, 9 peut être effectué si l'embase présente un ou plusieurs canaux débouchant à l'intérieur de la palette creu- se.
Revendications :
1.- Aube pour turbomachines comportant une palette profilée en tôle et une embase soudée, caractérisée en ce que la palette profilée aussi bien que l'embase présentent un gradin sur les faces de contact en dehors de la zone balayée par le fluide, de sorte que la palette repose, par ses prolongements de l'intrados et de l'extrados lors de la fixation à l'embase par soudure, sur un support formé par l'embase et suffisamment résistant pour l'opération de soudure.