EP0457241A1 - Etage de turbine à action avec pertes secondaires réduites - Google Patents

Etage de turbine à action avec pertes secondaires réduites Download PDF

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EP0457241A1
EP0457241A1 EP91107717A EP91107717A EP0457241A1 EP 0457241 A1 EP0457241 A1 EP 0457241A1 EP 91107717 A EP91107717 A EP 91107717A EP 91107717 A EP91107717 A EP 91107717A EP 0457241 A1 EP0457241 A1 EP 0457241A1
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grid
turbine stage
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/02—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F01D5/145—Means for influencing boundary layers or secondary circulations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S415/00—Rotary kinetic fluid motors or pumps
    • Y10S415/914—Device to control boundary layer

Definitions

  • the present invention relates to an action turbine stage comprising a grid of fixed blades integral with the stator of the turbine supporting a diaphragm followed by a grid of movable blades mounted on a disk integral with the rotor of the turbine.
  • the action turbine stage according to the invention making it possible to reduce the reinjection of the leakage flow and therefore to increase the efficiency is characterized in that said disc is provided with transverse pipes parallel to the axis of the rotor and in that the inlets of said pipes opening into the space between the diaphragm and the disc are provided with scoops open laterally in the direction of rotation to send the fluid towards the inside of the pipes.
  • the known action turbine stage (FIG. 1) comprises a grid 1 of fixed vanes 2 secured to the stator 3. This grid 1 supports a diaphragm 4 provided with a seal 5 facing the rotor 6 of the turbine .
  • the grid 1 is followed by a grid 7 of movable vanes 8 carried by a disc 9 secured to the rotor 6.
  • a leakage current 10 coming from upstream from the diaphragm 4 passes through the seal 5 and is injected according to a current 11 at the foot of the moving blades 8.
  • This current 11 disturbs the main flow and therefore reduces the yield . This reduction is very noticeable for the vanes 8 of small elongations (ratio of their height to their chord).
  • the discs 9 are provided with transverse pipes 12 arranged at the same distance R from the axis of the rotor and parallel to the latter. In the pipes were arranged hollow sockets 13 leveling the disc 9 on its downstream face and protruding on the upstream face.
  • This overpressure sets in motion the fluid in the pipes 12 which goes from the upstream face to the downstream face of the disc 9.
  • the efficiency of the scoops 15 is increased by the presence of a circumferential groove 17 formed in the diaphragm 4 opposite the row of scoops 15.
  • the fluid leaving the pipes 12 is used to supply the diaphragm seal of the next stage, the flow rate of which is generally close to 10 is equal to the flow rate 19 leaving the pipes 12.

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Abstract

Etage de turbine à action comportant une grille (1) d'aubes fixes (2) solidaire du stator (3) de la turbine supportant un diaphragme (4) suivie d'une grille (7) d'aubes mobiles (8) montée sur un disque (9) solidaire du rotor (6) de la turbine caractérisé en ce que ledit disque (9) est muni de canalisations (12) transversales parallèles à l'axe du rotor (6) et en ce que les entrées desdites canalisations (12) débouchant dans l'espace entre le diaphragme (4) et le disque (9) sont munies d'écopes (15) orientées pour envoyer le fluide vers l'intérieur des canalisations (12).
L'invention permet de diminuer les pertes secondaires d'une turbine à action.

Description

  • La présente invention concerne un étage de turbine à action comportant une grille d'aubes fixes solidaire du stator de la turbine supportant un diaphragme suivie d'une grille d'aubes mobiles montée sur un disque solidaire du rotor de la turbine.
  • Il est habituel que la fuite entre le diaphragme de la grille fixe et le rotor soit réinjectée à la base des aubes mobiles. Cette réinsertion de l'écoulement de fuite vient perturber un écoulement qui à la base de ces aubes est déjà très perturbé, ce qui entraîne, spécialement pour des aubes courtes, une baisse de rendement importante dues à ces pertes secondaires.
  • Il est connu du document JA-B-1461/85 publié le 11 avril 1985 des étages de turbine à action dans lequel les disques mobiles sont munis de canalisations transversales parallèles à l'axe du rotor.
  • Mais cette solution est inapplicable aux turbines à action dans lesquelles il n'y a pas de différence de pression entre les deux faces du disque supportant les aubes mobiles.
  • L'étage de turbine à action selon l'invention permettant de diminuer la réinjection de l'écoulement de fuite et donc d'augmenter le rendement est caractérisé en ce que ledit disque est muni de canalisations transversales parallèles à l'axe du rotor et en ce que les entrées desdites canalisations débouchant dans l'espace entre le diaphragme et le disque sont munies d'écopes ouvertes latéralement dans le sens de la rotation pour envoyer le fluide vers l'intérieur des canalisations.
  • La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre dans laquelle :
    • La figure 1 représente un étage de turbine connu.
    • La figure 2 représente l'étage de turbine selon l'invention.
    • La figure 3 représente une coupe partielle cylindrique de la figure 2.
    • La figure 4 représente une coupe partielle radiale de la figure 3.
  • L'étage de turbine à action connu (figure 1) comporte une grille 1 d'aubes fixes 2 solidaire du stator 3. Cette grille 1 supporte un diaphragme 4 muni d'une garniture d'étanchéité 5 en regard du rotor 6 de la turbine.
  • La grille 1 est suivie d'une grille 7 d'aubes mobiles 8 portée par un disque 9 solidaire du rotor 6.
  • Un courant de fuite 10 venant de l'amont du diaphragme 4 passe à travers la garniture d'étanchéité 5 et est injecté selon un courant 11 au pied des aubes mobiles 8. Ce courant 11 vient perturber l'écoulement principal et diminuer donc le rendement. Cette diminution est très sensible pour les aubes 8 de faibles allongements (rapport de leur hauteur à leur corde).
  • Dans l'étage de turbine selon l'invention (figures 2 à 4) les éléments identiques à l'étage connu ont été référencés de façon identique.
  • Les disques 9 sont munis de canalisations transversales 12 disposées à une même distance R de l'axe du rotor et parallèles à ce dernier. Dans les canalisations ont été disposées des douilles creuses 13 arasant le disque 9 sur sa face aval et dépassant sur la face amont.
  • La moitié du culot 14 et de la partie cylindrique de la douille 13 qui dépasse ont été enlevées suivant un plan axial de la turbine ce qui a, pour effet de munir chaque canalisation d'une écope 15.
  • L'orifice latéral 16 des écopes 15 est orienté dans le sens de la rotation sens de la flèche sur la figure 3 du disque 9 afin de récupérer en surpression l'énergie correspondante à la vitesse relative du fluide par rapport au disque 9 soit ½ ρ (V-U)².
    Figure imgb0001
     avec
    • V =
    vitesse du fluide entre diaphragme et disque
    U =
    Rω vitesse du disque au niveau des canalisations (ω étant la vitesse angulaire du disque)
    ρ =
    masse volumique de la vapeur.
  • Cette surpression met en mouvement le fluide dans les canalisations 12 qui va de la face amont vers la face aval du disque 9.
  • L'efficacité des écopes 15 est accrue par la présence d'une rainure circonférentielle 17 ménagée dans le diaphragme 4 en regard de la rangée d'écopes 15.
  • Une garniture d'étanchéité 18 entre le haut du disque 9 portant les aubes mobiles 8 et la partie du diaphragme 4 en regard, diminue encore le risque de réinjection d'une partie de la fuite dans la grille mobile 7. Elle permet ainsi de séparer l'écoulement à grande vitesse provenant de la grille fixe 2 (compris entre U et 2U) de l'écoulement de fuite confiné entre disque 9 et diaphragme 4 qu'on aspire par les écopes 15 et dont la vitesse est de l'ordre de 0,4U. Le fonctionnement des écopes 15 est ainsi encore amélioré.
  • Le fluide sortant des canalisations 12 sert à alimenter la garniture d'étanchéité du diaphragme de l'étage suivant dont le débit en général voisin de 10 se trouve être égal au débit 19 sortant des canalisations 12.

Claims (4)

  1. Etage de turbine à action comportant une grille (1) d'aubes fixes (2) solidaire du stator (3) de la turbine supportant un diaphragme (4) suivie d'une grille (7) d'aubes mobiles (8) montée sur un disque (9) solidaire du rotor (6) de la turbine caractérisé en ce que ledit disque (9) est muni de canalisations (12) transversales parallèles à l'axe du rotor (6) et en ce que les entrées desdites canalisations (12) débouchant dans l'espace entre le diaphragme (4) et le disque (9) sont munies d'écopes (15) ouvertes latéralement dans le sens de la rotation pour envoyer le fluide vers l'intérieur des canalisations (12).
  2. Etage de turbine à action selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque écope (15) est constituée par l'extrémité d'une douille (13) fixée dans la canalisation (12) et dont la moitié du culot (14) et de la partie cylindrique dépassant du disque (19) ont été enlevées suivant un plan axial de la turbine.
  3. Etage de turbine à action selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le diaphragme (4) de la grille (1) d'aubes fixes (2) est muni d'une rainure circonférentielle (17) en regard de la rangée d'écopes (15).
  4. Etage de turbine à action selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le diaphragme (4) de la grille (1) d'aubes fixes (2) et le disque (9) de la grille (7) d'aubes mobiles (8) sont munis d'un dispositif d'étanchéité (18) voisin du pied des aubes (2, 8).
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