CH659288A5

CH659288A5 - Rotor de turbine ou de compresseur.

Info

Publication number: CH659288A5
Application number: CH2155/84A
Authority: CH
Inventors: Diether Eusebio Carreno
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1983-05-09
Filing date: 1984-05-02
Publication date: 1987-01-15
Also published as: DE3416648C2; FR2545873A1; US4477226A; NO159460C; IT8420698A1; GB8411061D0; FR2545873B1; JPH0641779B2; GB2139709B; IT1178476B; GB2139709A; DE3416648A1; NO159460B; JPS6018637A; NO841822L; IT8420698A0

Description

La présente invention concerne un rotor de turbine ou de compresseur selon le préambule de la revendication 1.

Un équilibrage précis des rotors des turbines à vapeur et à gaz io est un facteur important pour obtenir une marche régulière. On procède à cet équilibrage soit en ajoutant de la matière à certains endroits du rotor, soit en en enlevant.

Dans une technique classique, on ajoute une masse d'équilibrage dans des rainures d'équilibrage pratiquées dans le côté du rotor. Une 15 telle adjonction est fâcheuse dans les machines puissantes à cause de l'effet néfaste qu'elle risque d'avoir en abaissant les valeurs de vitesse critique. En outre, la présence de rainures d'équilibrage crée des concentrations supplémentaires de contraintes qui s'avèrent d'autant plus indésirables que l'équipement se rapproche d'une conception 2o plus avancée de la technique où il est soumis à davantage de contraintes.

Dans une autre technique classique, on procède à un enlèvement sélectif de matière en perçant des alésages d'équilibrage entre les alésages de boulon dans les rotors des compresseurs et des turbines. En 25 dehors des concentrations de contraintes qu'ils créent, de tels alésages d'équilibrage sont susceptibles de perturber les conditions régnant en surface, en particulier dans les faces d'assujettissement, là où celles-ci doivent être appariées avec une précision de l'ordre de 13 micromètres.

30 Par conséquent, la présente invention a pour objet un rotor de turbine ou de compresseur qui permette d'éviter les inconvénients des dispositifs selon l'art antérieur.

Un rotor de turbine ou de compresseur selon l'invention est caractérisé par la combinaison d'éléments indiquée dans la revendica-35 tion 1. Des modes de réalisation préférés de l'invention: sont indiqués dans les revendications dépendantes.

La description ci-après, donnée à titre d'exemple, se réfère aux figures annexées. Dans les dessins annexés,

la figure 1 représente une vue en perspective d'une partie de rotor 40 de turbine ou de compresseur selon un mode de réalisation de la présente invention, et la figure 2 représente une vue latérale détaillée d'une partie de deux étages contigus de rotor de turbine selon un autre mode de réalisation de la présente invention qui permet l'insertion radiale de 45 masses d'équilibrage après le montage de ces étages.

En relation avec la figure 1, un étage de turbine à gaz ou à vapeur 10 comprend un rotor 12 dans lequel on a usiné une série de rainures 14 en forme de queue d'aronde parallèles les unes aux autres. Chaque rainure 14 reçoit un pied 16 en forme de queue 50 d'aronde d'une ailette de turbine 18, de manière à supporter une partie aérodynamique 20 de l'ailette dans un courant gazeux animé d'une grande vitesse dont l'étage de turbine 10 extrait l'énergie rota-toire.

On remarquera que l'ailette de turbine 18 est située entre une ex-55 trémité amont 22 et une extrémité aval 24 du rotor de turbine 12. Dans le but de maintenir l'ailette de turbine 18 dans sa position axiale appropriée, une cale amont 26 et une cale aval 28 sont montées dans la rainure 14. La cale amont 26 est fixée en place en utilisant un moyen classique, par exemple par poinçonnage. La cale 60 aval 28 est fixée en place de manière similaire, de sorte que le pied 16 se trouve fermement retenu par les cales 26 et 28.

Une rainure d'équilibrage 32 est pratiquée dans la partie radialement intérieure de la cale amont 26 ainsi que dans la cale aval 28 (non représentée sur la figure 1). Une masse d'équilibrage 34 peut «s être sélectivement insérée dans la rainure d'équilibrage 32 et y être fixée en employant un quelconque moyen approprié comme par exemple un poinçonnage 36. On peut procéder à un équilibrage fin en perçant un alésage d'équilibrage fin 38 dans la masse d'équili

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brage 34. Sur la figure, on a représenté l'alésage d'équilibrage fin 38 dans le sens axial de la masse d'équilibrage, mais on ne doit pas considérer cette position comme limitative, car on peut employer d'autres procédés pour réduire le volume de la masse d'équilibrage 34. Par exemple, on peut meuler l'extrémité ou une partie intermédiaire de la masse d'équilibrage 34. De plus, on peut percer dans la masse d'équilibrage 34 un ou plusieurs alésages (non représentés) orientés radialement. En outre, la masse d'équilibrage 34 peut être dissymétrique par rapport à son axe, de sorte que sa rotation autour de cet axe pourra provoquer un léger changement de l'équilibrage global de l'étage de turbine 10. On notera que l'on ne peut attendre de cette technique d'équilibrage par rotation de la masse d'équilibrage 34 qu'un effet très faible sur l'équilibrage et qu'on ne peut éventuellement l'employer que pour un équilibrage très fin.

Dans le mode de réalisation des cales de la figure 1, la rainure d'équilibrage 32 est en forme de U dont l'ouverture est dirigée vers l'intérieur dans le sens radial. L'étendue radiale de la rainure d'équilibrage 32 vers l'extérieur doit être suffisamment restreinte pour que le matériau restant des cales 26 et 28 confère à celles-ci une rigidité et une résistance mécanique adéquates leur permettant de supporter la force centrifuge à laquelle elles sont soumises pendant la rotation à grande vitesse de l'étage de turbine 10. C'est pour cette raison que l'on place la partie ouverte de la rainure d'équilibrage 32 aussi loin que possible vers l'intérieur dans le sens radial. De plus, on remarquera que la masse d'équilibrage 34 est cylindrique et se trouve en contact mécanique étroitavec la rainure d'équilibrage 32 sur seulement une partie semi-cylindrique de sa surface. Il est possible d'utiliser d'autres formes pour la rainure d'équilibrage 32 et la masse d'équilibrage 34, comme on le décrira ci-après, mais l'utilisation d'une simple tige cylindrique pour réaliser la masse d'équilibrage 34 et d'une rainure d'équilibrage 32 en forme de U facile à usiner permet de réduire les coûts de fabrication.

Pour augmenter la résistance mécanique des cales 26 et 28, on peut donner au contour extérieur de la rainure d'équilibrage 32 une forme non pas semi-cylindrique mais ellipsoïdale avec un changement correspondant de forme pour la masse d'équilibrage 34. Comme un tel mode de réalisation semblera évident à l'homme de l'art, il ne fait l'objet ni d'une illustration ni d'une description plus complète. En outre, on peut employer d'autres formes pour l'alésage et la masse afin de faciliter la fabrication ou pour d'autres raisons. Par exemple, pour faciliter le montage, on peut opter pour un alésage et une masse carrés.

On remarquera que les rainures d'équilibrage 32 ne recevront pas toutes des masses d'équilibrage 34 lorsque l'étage de turbine sera assemblé et équilibré. On peut pratiquer une rainure d'équilibrage dans toutes les cales 26 et 28 mais ne monter des masses d'équilibrage 34 que dans quelques-unes des rainures, dans quatre d'entre elles par exemple. De plus, il se peut qu'il ne soit pas nécessaire de percer un alésage d'équilibrage fin 38 dans toutes les masses d'équilibrage 34.

Cela revient à dire que, si l'on dispose deux paires de masses d'équilibrage à certains endroits choisis sur le périmètre du rotor de turbine 12, il est possible que, pour obtenir l'équilibrage final, il ne faille pratiquer des alésages d'équilibrage fin 38 que dans un, deux ou trois parmi un nombre plus élevé de masses d'équilibrage 34.

Comme cela est bien connu, il est courant qu'un même arbre supporte deux ou plusieurs étages de turbine ou de compresseur de manière à extraire davantage d'énergie du fluide de travail. Dans le cas des compresseurs, le nombre d'étages successifs peut s'élever à dix, douze ou plus. Le montage de ces étages est tel qu'ils sont serrés les uns contre les autres dans le sens axial et que l'on n'a donc plus accès aux rainures d'équilibrage 32 et aux masses d'équilibrage 34. Il est par conséquent nécessaire, dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit, d'exécuter l'équilibrage de chaque étage de turbine 10 avant de procéder à l'assemblage et au montage finals.

Dans le mode de réalisation de la présente invention représenté sur la figure 2, on peut effectuer l'équilibrage final bien que les opérations d'assemblage aient rendu inacessibles les extrémités des cales amont et aval. Dans ce mode de réalisation, une cale amont 40 bute contre une extrémité du pied 16 en forme de queue d'aronde de l'ailette de turbine 18, qui se trouve ainsi retenue. Une rainure d'équilibrage 42 ayant une forme identique ou différente de celle de la rainure d'équilibrage 32 du mode de réalisation précédent est pratiquée dans une partie de la cale 40 située vers l'intérieur de celle-ci dans le sens radial. Une cale aval 44 de l'étage de turbine 10' contigu ne comporte pas de rainure d'équilibrage. Ainsi la rainure d'équilibrage 42 se termine à chaque extrémité par suite du manque de rainures correspondantes dans les pièces contiguës.

Un trou radial 46 qui s'étend depuis la surface radialement extérieure 48 de la cale amont 40 communique avec la rainure d'équilibrage 42. Un élément de fermeture, par exemple une vis de fixation 50, obture le trou radial 46. De préférence, la vis de fixation 50 comprend une tête 52 qui repose sur un épaulement 54 d'un alésage usiné dans le trou radial 46. La surface extérieure 56 de la vis de fixation 50 affleure la surface radialement extérieure 48 de la cale amont 40 lorsque la vis de fixation 50 est totalement assise dans le trou radial 46.

En enlevant la vis de fixation 50, on peut insérer dans la rainure d'équilibrage 42 des masses d'équilibrage 58 qui peuvent être par exemple des billes sphériques en acier, et on les y retient en remettant en place la vis de fixation 50. Comme on l'a déjà fait remarquer, on peut utiliser plusieurs masses d'équilibrage 58 pour obtenir un équilibrage correct.

On peut choisir le matériau constituant les masses d'équilibrage 58 de façon à pouvoir ajuster l'équilibrage après assemblage non seulement par adjonction de masses d'équilibrage 58 supplémentaires mais encore par enlèvement de masses d'équilibrage 58 comme il pourra être nécessaire. Pour faciliter l'enlèvement de masses d'équilibrage 58, on peut réaliser celles-ci en matériau magnétique et employer une sonde magnétique pour les extraire. On peut aussi enlever les masses d'équilibrage 58 en faisant tourner l'étage de turbine 10 jusqu'à ce qu'un trou radial soit dirigé vers le bas et non vers le haut comme cela est représenté sur la figure.

Outre les billes d'acier, les masses d'équilibrage 58 peuvent être d'un autre type. Par exemple, on peut déverser à l'état fondu un matériau de caractéristiques appropriées dans le trou radial 46, où il demeurera solidifié. On peut également utiliser un matériau sous forme granulaire. De plus, si l'on emploie des masses d'équilibrage 58 toutes de même dimension, on pourra procéder à un équilibrage plus fin en faisant appel à une gamme de matériaux divers donnant un poids différent à chaque masse d'équilibrage 58.

Bien que l'on ait représenté les rainures d'équilibrage 32 et 42 comme s'étendant sur toute la longueur des cales 26 et 40, on ne doit pas considérer cette disposition comme limitative. Cela revient à dire que, s'agissant plus particulièrement du mode de réalisation de la figure 2, un voile (non représenté) peut être prévu sur une extrémité ou sur les deux extrémités de la cale 40 afin de retenir en direction radiale les masses d'équilibrage 58 insérées, sans que leur retenue dépende entièrement de leur aboutement contre des pieds contigus en forme de queue d'aronde et qui ne comportent pas de rainure.

Dans certains étages de turbine ou de compresseur, un positionnement correct des ailettes peut nécessiter l'élimination de l'une ou l'autre des cales amont ou aval. Cela revient à dire que les extrémités du pied 16 en forme de queue d'aronde (figure 1) peuvent affleurer l'extrémité amont 22 ou l'extrémité aval 24 du rotor de turbine 12 et que l'on peut monter une seule cale à l'extrémité opposée du pied 16 en forme de queue d'aronde. On peut alors prévoir une seule rainure d'équilibrage dans la cale unique en vue d'une utilisation comme dans les cas précédents.

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1 feuille dessins

Claims

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REVENDICATIONS

1. Rotor de turbine ou de compresseur muni d'ailettes (18) dont chacune comporte un pied (16) en forme de queue d'aronde monté dans une rainure (14) en forme de queue d'aronde pratiquée dans le périmètre du rotor (12), caractérisé en ce que la ramure (14) présente une longueur supérieure à celle du pied (16);

au moins une cale (26,28,40) est montée dans la rainure (14) en aboutement avec le pied (16) afin de maintenir celui-ci dans la rainure (14);

une rainure d'équilibrage (32, 42) est pratiquée dans la cale (26, 28,40);

une masse d'équilibrage (34, 58) est montée dans la rainure d'équilibrage (32,42), et un moyen de maintien retient la masse d'équilibrage (34, 58)

dans la rainure d'équilibrage (32, 42).
2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rainure d'équilibrage (32) est pratiquée axialement et présente une section droite en forme de U, l'ouverture du U étant dirigée radiale-ment vers l'intérieur du rotor (12).
3. Rotor selon la revendication 2, caractérisé en ce que la masse d'équilibrage (34) présente une forme cylindrique, le rayon du cylindre étant sensiblement égal à celui de la partie incurvée de la section droite en forme de U.
4. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de maintien comprend une fixation par poinçonnage (36) aux endroits contigus de la cale (26,28) et du rotor (12).
5. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rainure d'équilibrage (32) est disposée axialement dans la cale (26, 28) et traverse celle-ci de part en part.
6. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de maintien comprend un aboutement d'une extrémité de la rainure d'équilibrage (42) avec une surface (44).
7. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de maintien comporte une vis de fixation (50).
8. Rotor selon la revendication 7, caractérisé en ce que la vis de fixation (50) est montée radialement dans la cale (40).
9. Rotor selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un trou radial (46) percé à partir de la surface (48) radialement extérieure de la cale (40) et communiquant avec la rainure d'équilibrage (42), la masse d'équilibrage (58) pouvant être introduite dans la ramure d'équilibrage (42) à travers le trou radial (46), la vis de fixation (50) fermant le trou radial (46).
10. Rotor selon la revendication 9, caractérisé en ce que la masse d'équilibrage (58) comporte une série de masses disposées dans la rainure d'équilibrage (42).
11. Rotor selon la revendication 10, caractérisé en ce que les masses sont des billes.
12. Rotor selon la revendication 9, caractérisé en ce que la masse d'équilibrage comprend un matériau granulaire.
13. Rotor selon la revendication 9, caractérisé en ce que la masse d'équilibrage comprend un matériau fusible solidifié sur place dans la rainure d'équilibrage (42).
14. Rotor selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs rainures (14) et plusieurs ailettes (18).
15. Rotor selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen permettant d'ajuster le poids de la masse d'équilibrage (34).
16. Rotor selon la revendication 15, caractérisé en ce que le moyen permettant d'ajuster le poids de la masse d'équilibrage (34) comprend un alésage d'équilibrage fin (38) dans la masse d'équilibrage (34).
17. Rotor selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs rainures (14) et plusieurs ailettes (18).
18. Rotor selon les revendications 10 et 17.
19. Rotor selon les revendications 11 et 18.
20. Rotor selon les revendications 12 et 17.
21. Rotor selon les revendications 13 et 17.