FR2498679A2 - TURBINE CASE GROOVED CIRCONFERENTIALLY - Google Patents

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    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator

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Abstract

CARTER DE TURBINE ENTOURANT UN ROTOR A PLUSIEURS AILETTES DONT LES EXTREMITES SONT ADJACENTES AU CARTER, LEDIT CARTER COMPRENANT PLUSIEURS RAINURES S'ETENDANT CIRCONFERENTIELLEMENT AU BOUT DES AILETTES, SELON LA REVENDICATION 1 DU BREVET PRINCIPAL, CARACTERISE EN CE QUE LESDITES RAINURES 6 SONT TELLES QUE LE RAPPORT ENTRE LEUR PROFONDEUR D ET L'EPAISSEUR DE LA PARTIE LA PLUS EPAISSE DU BOUT DES AILETTES EST INFERIEUR A L'UNITE. DE PREFERENCE AUSSI, ELLES SONT INCLINEES PAR RAPPORT AU PLAN RADIAL X PERPENDICULAIRE A L'AXE DE LA TURBINE ET VERS L'ENTREE D'ECOULEMENT DU FLUIDE D'UN ANGLE COMPRIS ENTRE 10 ET 40, DE PREFERENCE ENTRE 20 ET 30.TURBINE CASING SURROUNDING A ROTOR WITH SEVERAL FINS, THE ENDS OF WHICH ARE ADJACENT TO THE CASING, THESE CASING INCLUDING SEVERAL GROOVES EXTENDING CIRCUMFERENTIALLY AT THE END OF THE FINS, ACCORDING TO CLAIM 1 OF THE MAIN PATENT THAT THE MAIN FEATURES 6 ARE IN THIS RELATION BETWEEN THEIR DEPTH D AND THE THICKNESS OF THE THICKEST PART OF THE TIP OF THE FINS IS LESS THAN UNIT. ALSO PREFERREDLY, THEY ARE INCLINED WITH RESPECT TO THE RADIAL PLANE X PERPENDICULAR TO THE AXIS OF THE TURBINE AND TOWARDS THE FLUID FLOW INLET AT AN ANGLE BETWEEN 10 AND 40, PREFERREDLY BETWEEN 20 AND 30.

Description

Carter de turbine rainuré circonférentiellement.Circumferentially grooved turbine housing.

Le brevet principal se rapporte à un carter de turbine entourant un rotor à plusieurs ailettes dont les extrémités  The main patent relates to a turbine casing surrounding a multi-fin rotor whose ends

sont adjacentes au carter, ce dernier étant notamment consti-  adjacent to the casing, the latter being in particular constituting

tué de façon à former plusieurs rainures s'étendant circon-  killed to form several grooves extending circumferentially

férentiellement en bout des ailettes et destinées à réduire  ferrentially at the ends of the fins and intended to reduce

l'écoulement de fuite du fluide à l'extrémité des ailettes.  leakage flow of the fluid at the end of the fins.

Le présent certificat d'addition a pour objet de préciser diverses dispositions relatives à ces rainures qui ont en outre été découvertes comme favorables à l'obtention d'un  The purpose of this Certificate of Addition is to specify various provisions relating to these grooves which have also been found to be favorable to obtaining a

meilleur rendement de la turbine.better efficiency of the turbine.

Essentiellement, ces dispositions sont les suivantes - lesdites rainures sont telles que le rapport entre leur profondeur et l'épaisseur de la partie la plus épaisse du  Essentially, these arrangements are as follows - said grooves are such that the ratio between their depth and the thickness of the thickest part of the

bout'des ailettes doit être inférieur à l'unité.  tip of the fins must be less than unity.

- Lesdites rainures doivent être inclinées par rapport au plan radial perpendiculaire à l'axe de la turbine et vers l'entrée d'écoulement du fluide, d'un angle compris entre 10  Said grooves must be inclined relative to the radial plane perpendicular to the axis of the turbine and towards the fluid flow inlet, by an angle of between 10

et 401, de préférence entre 20 et 301.  and 401, preferably between 20 and 301.

Ces particularités principales et d'autres apparaîtront  These and other main features will appear

dans la description suivante d'une forme de réalisation illus-  in the following description of an illustrative embodiment

trative de l'invention, faite en référence au dessin annexé, dans lequel: la fig. 1 est une vue en coupe axiale partielle d'une  trative of the invention, with reference to the accompanying drawing, in which: FIG. 1 is a partial axial sectional view of a

turbine montrant l'extrémité d'une ailette et la partie avoi-  turbine showing the end of a winglet and the part

sinante du carter qui l'entoure; la fig. 2 est une vue en coupe suivant II-II de l'ailette de turbine de la fig. 1; la fig. 3 est un diagramme de différence de rendement de la turbine en fonction du rapport t (voir fig. 1 et 2); la fig. 4 est un diagramme de différence de rendement de  sinante of the casing which surrounds it; fig. 2 is a sectional view along II-II of the turbine blade of FIG. 1; fig. Fig. 3 is a turbine efficiency difference diagram as a function of the ratio t (see Fig. 1 and 2); fig. 4 is a difference diagram of yield of

la turbine en fonction de l'angle >6 d'inclinaison des rai-  the turbine as a function of the angle> 6 of inclination of the ra-

nures par rapport au plan radial x (voir fig. 1).  in relation to the radial plane x (see Fig. 1).

On voit à la fig. 1 l'extrémité d'une ailette 1 de tur-  We see in fig. 1 the end of a fin 1 of tur-

bine et la partie avoisinante 2 du carter de turbine, le sens d'écoulement du fluide au travers de la turbine étant indiqué par la flèche 3. Chaque ailette comporte ici comme on le voit à la fig. 2 un côté haute pression concave 4 et un côté basse pression convexe 5. Le carter 2 comporte intérieurement, au voisinage du bout des ailettes, plusieurs rainures parallèles 6 de largeur b séparées par de minces cloisons 7 d'épaisseur  and the neighboring portion 2 of the turbine casing, the flow direction of the fluid through the turbine being indicated by the arrow 3. Each fin here comprises as seen in FIG. 2 a concave high pressure side 4 and a convex low-pressure side 5. The housing 2 has internally, in the vicinity of the end of the fins, several parallel grooves 6 of width b separated by thin walls 7 thick

a, ces rainures comportant de préférence un fond arrondi 8.  a, these grooves preferably having a rounded bottom 8.

On a trouvé que le profondeur d des rainures ne doit pas être trop importante sous peine d'affecter leur efficacité et le rendement de la turbine, et qu'il doit y avoir une relation entre leur profondeur d et l'épaisseur du bout des ailettes indiquée en t à la fig. 2. Le rendement est amélioré lorsque le rapport d est inférieur à 1 ou encore lorsque inversement le rapport d est supérieur 1, comme l'illustre le diagramme de d t la fig. 3. Ce diagramme comporte en abscisse le rapport - et  It has been found that the depth of the grooves should not be too great as this may affect their efficiency and the efficiency of the turbine, and that there must be a relationship between their depth d and the thickness of the ends of the fins. indicated in t in fig. 2. The efficiency is improved when the ratio d is less than 1 or even when inversely the ratio d is greater than 1, as shown in the diagram of d t in FIG. 3. This diagram has on the x-axis the ratio - and

en ordonnée la différence de rendement,s R. Dans le cas d'em-  on the y-axis the difference in yield, s R. In the case of em-

ploi d'ailettes à bouts minces, de petites têtes ou de petits bandages peuvent être prévus à leurs extrémités afin d'en accroître la largeur du bout. Les résultats suivants effectués avec une turbine à ailettes ayant une profondeur axiale de 13,7 mm et un angle d'environ 45 par rapport à l'axe du rotor proviennent de tests au cours desquels le rendement a été mesuré par rapport à celui d'une turbine ayant un carter non  The use of finned fins, small heads or small bandages may be provided at their ends to increase the width of the tip. The following results with a finned turbine having an axial depth of 13.7 mm and an angle of about 45 with respect to the rotor axis result from tests in which the efficiency was measured in relation to that of a turbine having a crankcase

rainuré et des caractéristiques par ailleurs identiques.  grooved and otherwise identical features.

t d b t d R 4R d Ex.I 4,34mm 3,81mm 1,27mm 3,42 1,14 90,9 +O,1 Ex.II 1, 85mm 3,81mm 1,27mm 1,46 0,49 90,2 -0,4 Ex.III 1,85mm 1,52mm 1,27mm 1,46 1, 22 90,7 +O,1 Dans le cadre de ces dispositions, on a constaté aussi qu'il est préférable de ménager au moins quatre rainures 6 sur la profondeur axiale du bout de l'ailette, ces rainures ayant  tdbtd R 4R d Ex.I 4,34mm 3,81mm 1,27mm 3,42 1,14 90,9 + O, 1 Ex.II 1, 85mm 3,81mm 1,27mm 1,46 0,49 90,2 -0.4 Ex.III 1.85mm 1.52mm 1.27mm 1.46 1, 22 90.7 + O, 1 Within the framework of these provisions, it has also been found that it is preferable to provide at least four grooves 6 on the axial depth of the end of the fin, these grooves having

une profondeur de préférence comprise entre 1,27 mm et 3,81 mm.  a depth preferably between 1.27 mm and 3.81 mm.

En outre, comme le représente la fig. 1, les rainures 6 sont inclinées d'un angle e par rapport au plan radial x perpendiculaire à l'axe de la turbine, et on a trouvé qu'on obtenait un meilleur rendement en les inclinant vers l'entrée d'écoulement du fluide dans un angle compris entre 10 et 400,  In addition, as shown in FIG. 1, the grooves 6 are inclined at an angle e with respect to the radial plane x perpendicular to the axis of the turbine, and it has been found that a better yield is obtained by tilting them towards the flow inlet of the fluid in an angle between 10 and 400,

2 4986792 498679

et de préférence entre 20 et 300 comme donnant le meilleur résultat ressortant du diagramme de la fig. 4, dans lequel on  and preferably between 20 and 300 as giving the best result from the diagram of FIG. 4, in which

a représenté en abscisse l'angle g et en ordonnée la diffé-  has represented on the abscissa the angle g and on the ordinate the difference

rence de rendement à R mesurée par rapport à une turbine ayant un carter non rainure et des caractéristiques par ailleurs identiques.  Compared with a turbine having a non-grooved housing and otherwise identical characteristics, the efficiency of R is measured.

Bien entendu de nombreuses variantes pourront être imagi-  Of course, many variants can be imagined

nées tout en restant dans le cadre de l'invention.  born while remaining within the scope of the invention.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1. Carter de turbine entourant un rotor à plusieurs ailettes dont les extrémités sont adjacentes au carter, ledit  A turbine housing surrounding a multi-fin rotor having ends adjacent to the housing, said carter comprenant plusieurs rainures s'étendant circonféren-  housing comprising a plurality of circumferentially extending grooves tiellement en bout des ailettes, selon la revendication 1 du brevet principal, caractérisé en ce que lesdites rainures (6)  at the end of the fins, according to claim 1 of the main patent, characterized in that said grooves (6) sont telles que le rapport entre leur profondeur (d) et l'épais-  are such that the ratio between their depth (d) and the thickness seur (t) de la partie la plus épaisse du bout des ailettes est  (t) of the thickest part of the wingtips is inférieur à l'unité.less than unity. 2. Carter de turbine entourant un rotor à plusieurs ailettes dont les extrémités sont adjacentes au carter, ledit  2. Turbine casing surrounding a multi-vaned rotor whose ends are adjacent to the housing, said carter comprenant plusieurs rainures s'étendant circonféren-  housing comprising a plurality of circumferentially extending grooves tiellement en bout des ailettes selon la revendication 1 du brevet principal ou la revendication 1 ci-dessus, caractérisé en ce que lesdites rainures sont inclinées (ô) par rapport au plan radial (x) perpendiculaire à l'axe de la turbine et vers l'entrée d'écoulement du fluide d'un angle compris entre 10 et 400, de préférence entre 20 et 300  at the end of the fins according to claim 1 of the main patent or claim 1 above, characterized in that said grooves are inclined (6) with respect to the radial plane (x) perpendicular to the axis of the turbine and towards the fluid flow inlet of an angle of between 10 and 400, preferably between 20 and 300 3. Carter de turbine selon l'une quelconque des revendi-  3. A turbine casing according to any one of the cations précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins quatre desdites rainures dans la profondeur axiale du bout d'ailette.  previous cations, characterized in that it comprises at least four of said grooves in the axial depth of the blade tip. 4. Carter de turbine selon l'une quelconque des revendi-  4. Turbine casing according to any one of the cations précédentes, caractérisé en ce que lesdites rainures  prior art, characterized in that said grooves ont une profondeur comprise entre 1,27 mm et 3,81 mm.  have a depth of between 1.27 mm and 3.81 mm.
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