Etage de turbine à vapeur alimenté en vapeur humide
L'accroissement de puissance des turbines à vapeur, notamment de celles de groupes turbo-alternateurs entraîne notamment un développement important des parties à basse pression de ces turbines. Il s'agit de conduire vers le condenseur des débits de vapeur d'un volume considérable, et cela d'autant plus que l'on dispose d'eau froide en abondance. Un problème particulièrement délicat à résoudre est celui de l'érosion des aubes mobiles des étages basse-pression par des particules d'eau nées de la condensation partielle de la vapeur.
Diverses solutions sont actuellement utilisées pour atténuer l'effet destructif du choc des aubes contre les gouttelettes qui sont animées d'une vitesse absolue très faible. Ces solutions consistent en générai à protéger le bord d'entrée des aubes en munissant celui-ci d'un blindage en matière très dure ou en lui faisant subir une trempe superficielle. En même temps, on s'efforce, au cours de la détente, d'extraire de la vapeur le maximum d'eau.
Cette érosion des aubes mobiles des étages bassepression revêt une importance particulière dans le cas de turbines associées à un réacteur nucléaire, qui sont généralement alimentées en vapeur saturée. L'emploi d'un resurchauffeur peut permettre de réduire le taux d'humidité; cependant, avec l'allongement des aubes et l'augmentation correspondante de la vitesse périphérique, les solutions actuellement utilisées risquent de ne plus être suffisantes.
A l'aide des fig 1 et 2 du dessin annexé, on va étudier comparativement l'effet d'érosion des gouttelettes à la base et au sommet d'une aube mobile.
La fig. 1 représente en 1 la section de la base d'une aube mobile, et la fig. 2 représente en 2 la section de la même aube mobile prise au sommet. Cette aube mobile est supposée appartenir au dernier étage d'une turbine à vapeur de grande puissance, et l'on a figuré le triangle des vitesses absolues C, relatives W et périphériques U, à l'entrée de l'aubage mobile.
Si l'on suppose que dans ces deux sections, les gouttelettes se déplacent à une vitesse absolue négligeable, leurs vitesses relatives par rapport à l'aube sont représentées par BMt pour la base et par SM'1 pour le sommet de l'aube. Ces vitesses sont représentées par BM2 et SM'2 si l'on suppose que les gouttelettes sont arrivées à acquérir une vitesse absolue égale à la moitié de celle de la vapeur, en prélevant, le long de leur trajet, I'énergie nécessaire au milieu environnant. Pour des vitesses absolues des gouttelettes comprises entre O et C/2, les extrémités des vecteurs de vitesse décriront les droites Mt
Mo et M' M2.
On constate donc que les particules d'eau ont des vitesses dont l'intensité peut décroître de BMZ à BM2 à la base de l'aube et varie peu, de SM'i à SM'2, au sommet de l'aube. Comme les vitesses représentées par BMt et SM'1 sont égales aux vitesses périphériques correspondantes, dont le rapport sera en général inférieur à 1/2,
L'effet d'érosion, croissant avec le cube de la vitesse rela- tive des gouttelettes, sera au moins huit fois plus marqué au sommet qu'à la base de l'aube.
On supprimerait donc pratiquement l'érosion s'il y avait la possibilité de concentrer toutes les gouttelettes d'eau vers la base de l'aube mobile. Cette possibilité n'étant guère réalisable, il y a intérêt tout au moins à ce que la concentration en humidité décroisse de la base au sommet de l'aube. Cette répartition se produirait naturellement s'il n'y avait pas d'effets secondaires pour la modifier car, à l'entrée de l'aube mobile, la détente est presque complète à la base, tandis qu'au sommet elle n'est que de 20 à 25 /o. Si le taux d'humidité était de 8 ou 100/o à la base, il ne serait ainsi que respectivement de
O ou 2 O/o au sommet, par suite du retard à la condensation.
Cette répartition est cependant modifiée par le fait que les gouttelettes d'eau, de masse spécifique considé rablement plus forte que celle des particules de vapeur, n'obéissent pas à l'équilibre radial créé par la force centrifuge et le gradient de pression de la vapeur. Les particules d'eau subissent donc une certaine tendance centrifuge, à laquelle peut se superposer l'effet de la pesanteur, en particulier pour de grosses gouttelettes lentes. Ce phénomère est confirmé par des traînées blanchâtres qu'on peut relever très souvent sur les aubes directrices si la vapeur n'est pas parfaitement pure. On comprend donc que cette modification de la répartition théorique en humidité est préjudiciable à la bonne tenue des aubes mobiles.
L'invention se propose de remédier à cet inconvénient en empêchant la concentration de particules d'eau vers le sommet des aubes. Elle a pour objet un étage de turbine à vapeur alimenté en vapeur humide qui, à cet effet, est caractérisé en ce que da section de passage de son aubage directeur est divisé par des cloisons, en plusieurs régions concentriques à l'axe de la turbine.
Les fig. 3, 4 et 5 du dessin annexé représentent, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 3 représente une coupe axiale partielle de l'aubage directeur du dernier étage d'une turbine à vapeur.
La fig. 4 est une coupe à plus grande échelle d'un détail de la fig. 3.
La fig. 5 est une coupe par la ligne AA de la fig. 3.
L'aubage directeur 3 de la fig. 3 est divisé en trois régions concentriques par des cloisons 4 et 5 formées par des tôles fixées aux aubes directrices, par soudure par exemple.
Chaque cloison est constituée par deux bandages 6 et 7, qui, le cas échéant peuvent être entretoisés, formant un volume annulaire 8, d'une épaisseur de quelques milli- mètres par exemple. Ces bandages 6 et 7 sont soudés l'un à l'autre le long de leur bord amont 9 et incurvés sur leur bord aval 10 pour former un orifice circulaire d'une hauteur de l'ordre du millimètre, comme le montre, plus en détail, la fig. 4.
Le volume 8 est relié à une cavité annulaire 1 1 ménagée dans la jante de l'aubage directeur, mais qui pourrait aussi être comprise entre la jante de l'aubage et son logement dans le corps 12 de la turbine, cavité elle-même reliée au condenseur.
La liaison entre le volume 8 et la cavité il s'effectue à travers l'intérieur des aubes directrices Si celles-ci sont creuses. Si les aubes directrices 13 sont pleines, oomme c'est le cas de la fig. 5, elles comportent un canal radial 14 mis en communication avec la cavité 11 d'une part et avec un volume 8 d'autre part. La mise en communication du canal 14 et du volume 8 s'effectue au moyen d'une saignée 15.
Ainsi, la dépression régnant à l'entrée de l?orifice circulaire, situé en 10, des cloisons 4 et 5 aspire les gouttelettes qui se sont accumulées sur ces cloisons et qui s'apprêtent à les quitter.
La pression de vapeur étant différente au droit de chaque cloison, le volume intérieur de celle-ci n'est relié qu'à une série de canaux 14. Dans le cas de la fig. 3, où il y a deux cloisons 4 et 5, le volume intérieur 8 d'une cloison est relié alternativement aux canaux d'une aube sur deux, comme le montre la fig. 5.
L'emplacement de la cloison 4 située le plus près de l'axe de la turbine est tel que celle-ci délimite une région où l'effet d'érosion n'est pas à craindre en raison de vitesses périphériques relativement faibles des aubes mobiles.
Afin que les cloisons épousent la forme de lignes de courant de la vapeur, elles seront conformées spécialement à cet effet, ou, au contraire, elles présenteront une forme tronconique, et les aubes directrices seront conformées en conséquence. On peut ainsi éviter des remous nuisibles aux alentours des cloisons.