"Turbine du type comportant un ensemble de disques" "Turbine du type comportant un ensemble de disques"
La présente invention est relative à des perfectionnements aux turbines comportant un ensemble de disques.
Une installation efficace à turbine comportant des disques exige que sa structure soit aussi compacte que possible sans pour autant sacrifier l'utilisation énergétique, la sûreté, la possibilité d'entretien et la longévité. Grâce à la présente invention, tous ces avantages sont atteints dans une mesure plus grande qu'avec les conceptions antérieures.
Un but de la présente invention est de réduire les dimensions des turbines ou pompes en atteignant des vitesses de rotation supérieures, tout en maintenant les contraintes des matières en rotation dans les limites actuelles.
Un autre but de l'invention est d'améliorer les passages d'écoulement du fluide moteur et d'éliminer les pertes inutiles de pression.
La construction de disques décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 4.036.584 du même inventeur a introduit un système de rotor à disques, éliminant à la fois le boulonnage ou les liaisons du type à rayons à un arbre central de fixation et aux disques, par l'intermédiaire de gardes du type en spirale, en éliminant ainsi des zones de disque à dis-continuités, créées par les trous de boulons qui abaissent la capacité de vitesse de rotation du fait de concentrations de contraintes locales centrifuges excessives.
Des disques à épaisseur constante sont soumis à des défaillances en ce qui concerne le rapport tours par minute/diamètre à des niveaux beaucoup plus bas que ceux atteints par les rotors traditionnels de turbine à aubes en considérant des spécifications identiques de matières, car les rotors s'amincissent vers l' extérieur d'une manière parabolique depuis des moyeux, en créant une contrainte approximativement constante depuis le bossage jusqu'au périmètre. La présente invention apporte des résultats améliorés en prévoyant des disques creux depuis le diamètre externe du moyeu jusqu'au périmètre des disques, où le vide est obturé par une bande ou frette circonférentielle reliant les faces avant et arrière.
Cette construction creuse à disques combinés peut également être très avantageuse lorsqu'elle est appliquée au centre sans ouvertures qui dirige la circulation vers l'avant et vers l'arrière du fluide de la turbine, car la robustesse structurale supplémentaire ainsi obtenue renforce les ensembles de disques.
La circulation subdivisée obtenue par le disque central plein, sans ouvertures, permet une plus grande capacité de circulation de masse sans augmentation du diamètre externe des disques ou du diamètre des orifices d'échappement, car les passages effectifs sont subdivisés en deux et une aire appropriée d'échappement est créée à chaque extrémité de turbine au lieu des turbines traditionnelles à échappement à une seule extrémité.
La présente invention assure des entrées de fluide moteur à chute de pression faible par une chambre de distribution alimentant les éléments longitudinaux formant tuyère, conformés pour créer des surfaces convergentes/divergentes, en évitant ainsi des changements brusques de direction de l'écoulement et en débitant un écoulement continu sur toute la largeur. Lorsqu'on utilise des disques coniques, les éléments convergents/divergents longitudinaux, droits, formant tuyère, peuvent être remplacés par des orifices de tuyère de forme hélicoïdale, lorsqu'on regarde une vue en élévation latérale de la turbine.
L'invention sera décrite plus complètement encore ci-après avec référence aux dessins non limitatifs annexés.
La Figure 1 est une vue en perspective de la turbine, partiellement en coupe. La Figure 2 est une vue en coupe du rotor subdivisé, supporté à l'intérieur du carter de turbine. La Figure 3 est une vue en élévation latérale de la turbine de la Figure 1, cette vue étant prise suivant la ligne 3-3 de la Figure 2. La Figure 4 est une vue en élévation d'un disque avec la structure de garde. La Figure 5 est une vue en coupe d'une variante de disque. La Figure 6 est une vue en coupe de deux disques voisins comportant des bords externes modifiés.
Comme signalé précédemment, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 4.036.854 on a décrit un rotor de turbine sans axe, dans lequel des disques sont séparés les uns des autres par des gardes en spirale, qui guident le fluide moteur vers une ouverture centrale d'échappement.
La présente invention concerne une turbine dans laquelle un ensemble de disques formant rotor est subdivisé en deux parties par une plaque pleine centrale de sorte que le fluide moteur est évacué depuis le centre de l'ensemble dans des directions relativement opposées. Chaque partie -d'ensemble est reliée
à un arbre correspondant monté à rotation dans le carter de la turbine, et les arbres se terminent de préférence au voisinage des extrémités externes des ensembles, en laissant des ouvertures centrales d'échappement sans obstructions. Une tuyère annulaire fixe entoure les disques de rotor et dirige le fluide moteur entre les périphéries externes des disques. Des gardes internes prévues entre les disques séparent les disques voisins et constituent des liaisons entre ces disques. Ces gardes guident le fluide vers des passages d'échappement et forment des surfaces complémentaires pour le fluide moteur.
Sur la Figure 1, la turbine 1 comporte, à chaque extrémité, un support de carter terminal 3 comportant une portion de logement 5 qui est formée de deux segments 4 et 6 et comprend des entrées de fluide diamétralement opposées 7 à l'endroit du joint entre flasques 9 (Figure 3). Les entrées 7 peuvent être
des conduites tangentielles ou perpendiculaires à la surface du carter. Un seul support de carter extrême
3 est représenté pour la clarté. En outre, les détails de construction d'une extrémité des connexions terminales du rotor sont illustrés par la Figure 1. L'ensemble formant rotor comprend un rotor 10 avec des fusées
11 et 12 qui sont montées à rotation dans des cônes 14 et 15 des segments 4 et 6. Les cônes 14 et 15 sont boulonnés à des plaques ajourées extrêmes formant voiles 17 et 18, et des plaques internes formant voiles
<EMI ID=1.1>
re 20.
Comme on peut le voir sur les Figures 2 et
3, la tuyère 20 est boulonnée aux plaques 21 et 22 et comprend de préférence six segments 25 agencés tout autour du rotor 10 et formant six tuyères convergentes/ divergentes d'entrée de fluide moteur, comportant des gorges menant à celui-ci. Le rotor 10 est constitué d'un ensemble de disques espacés 29 qui sont subdivisés
<EMI ID=2.1>
centrale 30. Les disques 29 sont d'une forme conique et, sauf en ce qui concerne l'agencement des gardes, ils sont identiques aux disques 20 de la Figure 7 du brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 4.036.584. Dans la présente structure, les gardes d'écoulement 33 sont de préférence les seules liaisons entre les disques
29. Ces gardes 33 sont des éléments plans courbes localisés au voisinage du trou central 35 pour chaque
<EMI ID=3.1>
sont alignés pour créer des passages d'échappement de fluide 35A et 35B suivant les côtés opposés de la plaque 30. Des plaques extrêmes ajourées 38 et 39 pour les parties 10A et 10B sont fixées aux arbres 11 et 12.
Le rotor 10 est rendu étanche par des joints annulaires 41 prévus dans les plaques 21 et 23 pour empêcher une fuite de fluide. Les joints 41 peuvent être en graphite, et des moyeux à croisillons 43 et
44 prévus dans les plaques extrêmes 38 et 39 relient le rotor 10 aux arbres 11 et 12, tout en permettant l'échappement de fluide depuis les passages 35A et 35B.
Les disques 29 de la Figure 4 sont semblables aux disques coniques du brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 4.036.584, sauf que les gardes 33 sont des éléments profilés relativement courts qui sont localisés près des ouvertures centrales 35. Ces gardes
33 sont brasées, soudées ou réunies d'une autre manière aux disques voisins 29 et aux plaques extrêmes 38 et 39, de sorte que chaque disque consolide la totalité de l'ensemble formant rotor et la plaque centrale
30, le fait de ne pas comporter de trou quelconque
au centre soumis à des contraintes élevées ayant pour résultat une capacité supérieure de support de charge. L'absence de trous de fixation ou de trous pour boulons permet à l'ensemble formant rotor d'atteindre
des vitesses plus élevées que celles qui seraient sinon possibles s'il y avait des trous et des boulons créant des contraintes.
La Figure 5 illustre une variante de disque creux 129, qui est formée de deux plaques 129A et 129B, ces plaques comportant chacune un côté s'amincissant en une courbe parabolique approximative semblable à
la moitié d'un disque de rotor de turbine traditionnel. Les deux plaques sont soudées ou brasées à leurs périmètres externes sur une bande ou frette 131, et
à leurs périmètres internes sur un élément annulaire formant moyeu 133. Les gardes ont été omises sur cette Figure.
Durant l'utilisation, un fluide, tel que de la vapeur d'eau ou un gaz, pénètre par les entrées 7 dans la chambre de distribution 2 entourant la tuyère
20 et'circule dans cette chambre de distribution dans le sens de la rotation du rotor. Le fluide pénètre alors dans la tuyère 20 à travers les gorges convergentes et divergentes de la tuyère 28, formées par les segments 25. Le fluide moteur pénètre ensuite dans les ouvertures comprises entre les disques adjacents
29 des deux parties 10A et 10B. Les bords externes des disques peuvent être sans interruption ou pleins, comme illustré par la Figure 4, ou bien ils peuvent être dentelés, comme illustré par la Figure 6.
Suivant la Figure 6, les disques 229 comportent des ouvertures dentelées 229A qui sont décalées par rapport aux ouvertures des disques voisins. Cette structure empêche des pertes indésirables dues à une mauvaise entrée de fluide dans l'ensemble de disques depuis la tuyère 20, et le couple en est augmenté. Une fuite de fluide aux extrémités du rotor est également réduite puisqu'une circulat ion croisée du fluide est empêchée.
Le fluide dans l'ensemble de disques est guidé par les gardes 33, qui forment des surfaces supplémentaires pour le fluide moteur, ce fluide sortant par les passages 35A et 35B dans des sens opposés.
Dans un autre brevet de la demanderesse, déposé en même temps que le présent brevet, on a décrit des tuyères convergentes - divergentes à gorges variables avec référence en particulier à la Figure 7 de cet autre brevet.
Bien que des structures particulières aient été décrites ci-dessus, des variantes seront évidentes pour les spécialistes dans ce domaine, sans pour autant que l'on s'écarte des principes de l'invention.
REVENDICATIONS
1. Turbine comprenant un carter et un rotor monté à rotation dans ce carter, ce rotor étant circu-
<EMI ID=4.1>
bre de distribution tout autour de la circonférence externe du rotor, des moyens d'entrée de fluide vers cette chambre de distribution et des moyens formant tuyère localisés au voisinage de cette circonférence externe, ce rotor comprenant un ensemble de disques espacés qui créait des moyens d'entrée de fluide dans
la circonférence, des trous d'échappement centraux dans les disques, formant des sorties d'échappement de fluide sans obstructions suivant les côtés opposés du rotor, cet ensemble comprenant deux parties qui sont séparées par un disque plein central qui subdivise le fluide en circulation en deux courants d'échappement circulant en sens opposés, les parties d'ensemble étant reliées à des arbres de commande correspondants suivant les côtés opposés du carter.