FR2544792A1 - Coiffe d'aube pour une aube de rotor de turbine - Google Patents

Abstract

COIFFE D'AUBE PERMETTANT DE REALISER UN JOINT AUTOUR DE BOUTS D'AUBE. ELLE COMPORTE: -UNE SEULE NERVURE 36, 46 S'ETENDANT RADIALEMENT VERS L'EXTERIEUR A PARTIR DE LA SURFACE RADIALEMENT EXTERIEURE DE CHAQUE COIFFE, LE BORD S'ETENDANT RADIALEMENT DE LA NERVURE ETANT TRES PROCHE DE LA SURFACE INTERNE 35 DE L'ENVELOPPE 34 DE LA TURBINE, LA NERVURE 36 ETANT LE SEUL OBSTACLE A L'ECOULEMENT DE LA VAPEUR DANS LE JEU RADIAL 38 ENTRE LES SURFACES EXTERIEURES ET LA SURFACE INTERNE 35 DE L'ENVELOPPE, LA NERVURE ETANT TANGENTIELLEMENT ALIGNEE PAR RAPPORT AUX NERVURES ADJACENTES SUR LES COIFFES ADJACENTES; ET LA NERVURE 36, 46, EN COMBINAISON AVEC LES NERVURES DE LA SERIE DE COIFFES, FORMANT UN ANNEAU 21 PRATIQUEMENT CONTINU, S'ETENDANT RADIALEMENT POUR REALISER UN JOINT ENTRE LES ETAGES RESPECTIFS DE LA TURBINE. APPLICATION AUX TURBINES A VAPEUR.

Description

L'invention concerne de manière générale des coif-

fes pour aube de turbine à vapeur faisant partie d'un ensem-

ble rotor et aubes d'une turbine à vapeur à écoulement axial et plus particulièrement aux coiffes d'aube avec nervure qui réalisent une étanchéité vis-à-vis de l'écoulement de vapeur

autour des bouts d'aube s'étendant radialement.

Fondamentalement, on fournit de l'énergie à l'en-

semble rotor et aubes d'une turbine à vapeur au moyen d'un fluide de travail, communément de la vapeur La vapeur est

déchargée dans une chambre généralement cylindrique délimi-

tée par l'enveloppe intérieure de la bâche de turbine Une série d'aubes de rotor sont alignées circulairement sur un arbre et fixées dessus en position axiale L'arbre est monté coaxialement et de manière rotative à l'intérieur de la

chambre Les turbines à vapeur importantes comportent habi-

tuellement plusieurs ensembles d'aubes de rotor fixés à l'arbre et axialement espacés les uns des autres sur l'arbre du rotor Chaque ensemble ou étage de turbine extrait une

partie de l'énergie de la vapeur en transformant cette éner-

29 gie en énergie nécanique, ainsi que démontré par la rotation des aubes et de l'arbre du rotor La vapeur est admise dans la chambre en un emplacement axial déterminé et s'écoule au

moins suivant une direction axiale dans un passage de tra-

vail Le passage de travail est généralement défini par les étages axialement décalés de la turbine ainsi que par l'aire circulaire de travail délimitée par les aubes de turbine de

chaque étage.

Lorsque la vapeur est confinée dans ce passage axial de travail, la turbine fonctionne avec un meilleur rendement que lorsque la vapeur n'y est pas confinée Une

coiffe relie ensemble les bouts d'aube extérieurs d'une pai-

re d'aubes Une série de coiffes d'aubes, qui correspondent à une série d'aubes de rotor, forment une bande circulaire autour des bouts s'étendant radialement des aubes Cette bande circulaire formée par les coiffes empêche la vapeur de

s'échapper du passage axial de travail en limitant l'écoule-

ment radial de vapeur au delà des bouts d'aubes extérieurs.

L'ensemble rotor et aubes doit pouvoir tourner relativement

librement à l'intérieur de l'enveloppe de turbine, par con-

séquent il existe un intervalle de jeu radial entre les bouts d'aube s'étendant radialement des aubes de rotor ou la

surface extérieure des coiffes d'aube, et la surface inté-

rieure de l'enveloppe.

Ainsi que noté auparavant, la vapeur s'écoule sui-

vant au moins une direction axiale dans plusieurs étages d'aubes de rotor Les aubes ont des rayons de plus en plus grands à partir d'un point proche de l'admission de vapeur

jusqu'aux derniers étages du rotor de turbine qui sont pro-

ches de la conduite ou cadre d'échappement de la turbine.

C'est dans ces derniers étages que la chute de pression est

la plus élevée.

Dans les derniers étages d'une turbine à vapeur basse pression, la vapeur est saturée, donc des gouttes d'eau peuvent se former dans cette section de la turbine, En général, les gouttes d'eau sont projetées contre la surface intérieure de l'enveloppe entourant l'étage de turbine par

la force centrifuge et/ou la pression du flux de vapeur.

Bien que les gouttes d'eau aient généralement une vitesse absolue faible, leur vitesse relative par rapport aux bouts -3-

radialement extérieurs d'aubes est grande La vitesse rela-

tive des gouttes d'eau près des bouts d'aube dans une turbi-

ne basse pression qui a une longueur effective d'aube de dernier étage de 85 cm est environ 610 m/s La force avec laquelle une goutte d'eau percute une pale d'aube est 'fonc- tion de la taille ou masse de cette goutte particulière et

de sa vitesse relative par rapport à l'aube Puisque la vi-

tesse de la turbine dépend essentiellement d'autres paramè-

tres, on peut diminuer les problèmes potentiels provoqués par les gouttes d'eau tels qu'érosion, couple plus faible et perte de rendement,> en réalisant un ensemble rotor et aubes de turbine qui limite efficacement la quantité et la taille des gouttes d'eau dans le passage axial de travail de la

turbine De plus, on a remarqué que la vapeur qui se conden-

se dans les derniers étages de la turbine, forme un film

d'eau qui s'écoule axialement le long de la surface inté-

rieure de l'enveloppe -

Ainsi que noté précédemment, la chute de pression dans les derniers étages de la turbine est plus importante

si on compare avec les étages en amont De même, la diffé-

rence de pression est plus élevée à proximité de la partie radialement extérieure des aubes rotatives si on compare avec la partie radialementintérieure ou pied des aubes Par conséquent plus le jeu est grand entre les coiffes de bout

d'aube et la surface intérieure de l'enveloppe, plus la per-

te de vapeur qui s'écoule axialementautour des bouts d'aube radialement extérieurs est importante, et donc plus faible

est le rendement de cet étage particulier de la turbine.

Pour minimiser la perte de vapeur autour des bouts d'aube, on-a placé, dans les appareils de l'art antérieur,

des bandes d'étanchéité sur la surface intérieure de l'enve-

loppe de la turbine faisant face dans le sens radial aux

bouts d'aube et aux coiffes Généralement, les bandes d'é-

tanchéitê forment un anneau autour de l'étage de turbine et s'étendent radialement vers l'intérieur, vers les bouts -4 - d'aubes pour limiter le jeu radial existant La géométrie de

la section des bandes d'étanchéité, le nombre de bandes uti-

lisées par étage et leur emplacement axial sur la surface

intérieure de l'enveloppe sont basés sur des études de méca-

nique des fluides dans une turbine à vapeur La (ou les) bandes (s) d'étanchéité doit être située axialement de sorte qu'elle soit approximativement opposée à l'axe en régime

permanent des aubes rotatives.

L'axe en régime permanent est l'axe des aubes lorsque la turbine est en fonctionnement normal à vitesse nominale Cependant, puisque l'arbre du rotor sur lequel les aubes sont montées se dilate sous l'effet de la réaction thermique due à la vapeur, l'emplacement axial optimal de la (des) bandes (s) d'étanchéité n'est pas assuré facilement de

manière certaine De même, la position axiale des pales ro-

tatives varie pendant le fonctionnement de la turbine, par-

ticulièrement lorsque la turbine subit des variations tran-

sitoires de la charge mécanique qui y est fixée ou des modi-

fications dans la vapeur fournie à la turbine Ce déplace-

ment présente un problème en ce qui concerne l'emplacement des bandes qui doivent être radialement opposées aux bouts

d'aubes rotatifs.

Puisque les bandes d'étanchéité se projettent ra-

dialement vers l'intérieur, le film d'eau s'écoulant axiale-

ment qui circule le long de la surface intérieure de l'enve-

loppe est dévié vers les bouts en rotation des aubes de ro-

tor et les coiffes qui y sont associées Le film d'eau quit-

te la surface intérieure de l'enveloppe sous forme de gout-

tes Ces gouttes d'eau, en combinaison avec la vitesse des bouts d'aubes, sont nocives pour l'appareil comme indiqué précédemment Pour limiter l'introduction de gouttes d'eau dans le passage de travail de la turbine, on a placé, dans les dispositifs de l'art antérieur, une fente d'êvacuation d'humidité juste en amont des bandes d'étanchéité La fette

d'évacuation d'humidité permet à une partie du flux (e va-

- peur de s'échapper comme nécessaire pour l'évacuation du film d'eau En conséquent, bien que le flux de vapeur autour des bouts d'aubes du rotor soit minimisé par les bandes

d'étanchéité, un peu de vapeur est perdu par cette fente ra-

diale d'évacuation d'humidité.

Le brevet des E U A nl 3 575 523 décrit un dispo-

sitif qui utilise un profil aérodynamique s'étendant radia-

lement à partir de la surface de la coiffe en combinaison avec deux rebords s'étendant radialemen L vers l'intérieur, un rebord immédiatement en amont de l'étage de turbine et

l'autre immédiatement en aval Le profil est une nervure in-

clinée, s'étendant radialement au-dessus de la surface exté-

rieure de la coiffe Le profil combiné avec les deux rebords

est efficace pour renvoyer par pompage la vapeur piégée en-

tre les rebords dans le passage de travail de la turbine.

Une fente radiale d'évacuation d'humidité, placée immédia-

tement en amont du premier rebord est nécessaire si on veut empêcher l'eau s'écoulant axialement le long de la surface intérieure de l'enveloppe de pénétrer dans le passage de travail Par conséquent, on perd un peu de vapeur Malgré la

présence des rebords, l'action de pompage des profils aéro-

dynamiques inclinés perturbe les lignes d'écoulement conti-

nues du flux principal de vapeur dans le passage de travail

axial, de sorte que le rendement de l'étage de turbine di-

minue Cette perte de rendement est un résultat du flux in-

versé de vapeur provoque par l'action de pompage du profil.

De même, l'action de pompage peut affecter l'écoulement con-

tinu de l'eau le long de la surface intérieure de telle sor-

te que l'eau peut quitter la surface et percuter les aubes

de turbine.

D'autres dispositifs de l'art antérieur ont utili-

sé des joints labyrinthes classique dans le jeu radial, Les

coiffes, dans ces derniers dispositifs, comportent plu-

sieurs nervures radiales qui coopèrent avec des rebords di-

rigés vers l'intérieur sur la surface intérieure de l'enve-

-6-

loppe et réalisent un joint labyrinthe pour l'étage de tur-

bine Ainsi que décrit précédemment, les rebords dirigés vers l'intérieur nécessitent une fente radiale d'évacuation

d'humidité placée immédiatement en amont des rebords.

La présente invention a pour buts de réaliser

des moyens plus efficaces d'étanchéité circulai-

re autour du jeu radial entre les bouts extérieurs des aubes de rotor ou les coiffes qui y sont associées et la surface intérieure de l'enveloppe de turbine; un fonctionnement plus efficace des étages de

turbine en éliminant la fente d'évacuation d'humidité, con-

servant ainsi le flux de vapeur dans ces étages; une coiffe nervurée ou avec une nervure unique qui s'étend radialement vers l'extérieur à partir des bouts d'aube, éliminant ainsi la bande d'étanchéité et la fente d'évacuation d'humidité et réduisant le défaut d'alignement

axial potentiel qui a pu avoir lieu entre la bande d'étan-

chéité et les bouts ou les coiffes des aubes.

Selon un mode de réalisation recommandé, une tur-

bine à vapeur comprend un ensemble rotor et aubes dans le-

quel une série d'aubes de rotor est répartie circulairement et fixée à un arbre Une série de coiffes est associée aux bouts radialement extérieurs des aubes de sorte que chaque

coiffe relie ensemble deux bouts d'aube adjacents Des ner-

vures s'étendent radialement vers l'extérieur a partir des

surfaces circulaires ou radialement extérieures des coiffes.

Les nervures correspondant aux coiffes sont alignées tangen-

tiellement les unes par rapport aux autres O Les bords s'étendant radialement des nervures sont très proches de la surface intérieure de l'enveloppe, qui entoure l'ensemble rotor et aubes, et forment le seul obstacle à l'écoulement de vapeur dans le jeu radial entre la surface extérieure de

la coiffe et la surface intérieure de l'enveloppe Les ner-

vures forment un anneau pratiquement continu, s'étendant ra-

dialement qui établit un joint entre les ensembles d'aubes 7- de rotor,

La description qui va suivre se réfère aux figures

annexées qui représentent, respectivement: Figure 1, une coupe d'une vue radiale de côté d'un appareil construit selon les principes de l'art anté-

rieur et comportant une bande d'écoulement et une fente ra-

diale d'évacuation d'humiditité;

Figure 2, une coupe d'une vue de c 8 té d'un appa-

reil construit selon les principes de la présente invention et comportant une coiffe nervurée; Figure 3, une vue axiale partielle d'un étage de turbine qui comporte un certain nombre d'aubes ainsi que les coiffes associées a ces aubes; Figure 4, une vue interne de dessus, suivant l'axe radial d'une partie des aubes, des coiffes et des nervures;

Figure 5, une vue en coupe radiale de trois nervu-

res; et Figure 6, un autre mode de réalisation dans lequel

les nervures ne s'étendent pas sur les bouts d'aubes radia-

lement extérieurs.

La figure 1 représente de manière générale un ap-

pareil construit selon les principes de l'art antérieur Le flux de vapeur est désigné par une flèche dans les figures 1 et 2 Le brevet des Eo U A N O 4 335 600 décrit une vue en coupe dtune turbine à vapeur analogue à celle de la figure 1

et cette description est incorporée ici par référence Figu-

res 1 et 2, on a représenté seulement une coupe partielle d une vue de coté suivant l'axe radial, mais on admettra que la turbine comporte un ensemble rotor et aubes dont on a ret présenté ici seulement la partie radialement extérieure On peut avoir une meilleure appréhension de l'étage de turbine

grâce a la figure 3 qui représente un rotor Il avec des au-

bes 13 fixées sur l'arbre du rotor 15 La figure 3 est une vue axiale partielle d'une-section d'un étage de turbine qui s'étend sur 3600 autour de l'arbre 15 Telle qu'utilisée ici 8- cette vue représente une vue de face de l'étage de turbine, en conséquent toutes les figures ici sont repérées à partir

de cette perspective Une turbine classique comporte plu-

sieurs étages, mais on admettra ici que, bien qu'un seul étage soit representé, les principes de l'invention peuvent

être appliqués à la plupart des étages de la turbine.

Figure 1, l'étage qui comprend l'aube 12 est en-

touré par une enveloppe coaxiale 14 Une aube de distribu-

tion 10 envoie le flux de vapeur sur la pale d'une aube 12.

L'enveloppe 14 a une surface radialement intérieure 16 que traverse une fente d'évacuation d'humidité 18 La fente évacue le film d'eau qui s'écoule axialement le long de la surface 16 avant que 1 l'eau soit déviée par une bande

d'étanchéité 20 vers l'aube rotative 12 Comme noté aupara-

vant, la bande d V'étanchéité a pour effet dé limiter axiale-

ment le flux de vapeur autour du bout d'aube s'étendant ra-

dialement dans le jeu radial 22 mais elle dévierait les gouttes d'eau sur les bouts d'aube ayant une vitesse élevée si la fente 13 ne se trouvait pas immédiatement en amont de

la bande On remarquera que le jeu 22 est la distance radia-

le entre la bande d'étanchéité 20 et les bouts d'aube de la

série d'aubes dont l Vaube 12 est un élémento Le jeu 22 enr-

toure circulairement et coaxialement l'ensemble rotor et au-

bes Bien que la bande d'étanchéité 20 aide à réduire l'écoulement de vapeur dans le jeu 22, un peu de vapeur s'échappe avec le cendensat par la fente d'évacuation A 8 La fente 18 est nécessaire parce qu'elle évacue le fi m d'eau avant que te flux de vapeur soit dévié dans le passage de travail axial de la turbine et, par conséquent, limite l'érosion des aubes dans-cet étage et permet au rotor et aux

aubes de tourner aussi librement que possible.

La figure 2 est pratiquement la Eôme vue, c est=à dire une coupe d'une vue latérale d'un étage de turbine, que figure 1 o Cependant, la figure 2 représente un appareil construit selon les principes de la présente invention O Une -9- aube de distribution 30, en amont d'une aube 32 envoie la

vapeur sur les aubes de l'étage dont fait partie l'aube 32.

Une enveloppe 34 entoure coaxialement l'ensemble rotor et aubes et a une surface interne 35 Pour limiter le flux de vapeur autour du bout d'aube radial de l'aube 32, une seule nervure 36 s'étend radialement vers l'extérieur à partir de la surface radialement extérieure d'une coiffe (la coiffe n'est pas visible sur la figure 2) On a représenté figure 3, l'extension radiale de la nervure 17 qui s'étend au-delà

de la partie radiale 19 de l'aube 13 En se reportant à nou-

veau figure 2, le bord s'étendant radialement de la nervure

36 est très proche de la surface 35 Uln jeu radial 38 a pra-

tiquement les mêmes dimensions que le jeu 22 de la figure 1.

A titre d'exemple le jeu radial est de l'ordre de 0,76 cm pour le dernier étage d'une turbine basse pression ayant une

longueur d'aube active de 85 cm.

Pendant le fonctionnement du dernier étage d'une

turbine basse pression, le film E d'eau qui s'écoule axiale-

nient sur la surface 35 de la figure 2 est virtuellement sans entraves puisque la bande d'étanchéité est éliminée et que le seul obstacle à l'écoulement de la vapeur dans le jeu provient des nervures qui s'étendent radialement au-delà de

la surface extérieure de la coiffe Le jeu 38 est suffisam-

ment grand pour laisser passer l'écoulement normal d'eau le long de la surface 35 pendant le fonctionnement normal de

l'étage de turbine Enfin, dans les deux structures repré-

sentées figures I et 2 on envoie le condensat de la vapeur par un moyen quelconque vers l'espace interne de la conduite d chappement, non représenté sur les figures, mais qui se trouve en aval du dernier étage de turbine, c'est-à-dire vers la droite des figures 1 et 2 D La figure 4 représente uâne vue de dessus suivant l'axe radial d'une paire d'aubes 40, 42, reliées ensemble, à leurs exutreémités radialement extérieures respectives, par

3 S une coiffe 44 On trouvera une description détaillées de la

- coiffe 44, de sa relation avec les bouts d'aubes et de ses caractéristiques de fonctionnement par rapport à la turbine dans son ensemble, dans le brevet des E U A n 3 302 925

incorporé ici par référence.

La coiffe 44 comporte une nervure 46 qui s'étend à partir de sa surface radialement extérieure 45 La nervure est semblable aux nervures 36 et 17 représentées figures 2 et 3, respectivement La nervure 46 s'étend radialement vers l'extérieur à partir de la surface circulaire définie par

plusieurs coiffes aqui relient plusieurs bouts d'aube ensem-

ble dans un étage de turbine Comme représenté figure 4, la nervure 46 est alignée tangentiellement avec une nervure 48

sur une coiffe adjacente 50 De même, la nervure 46 est ali-

gnée tangentiellement avec une nervure 52 qui fait partie

d'une coiffe adjacente 54.

Selon un mode de réalisation recommandé de l'in-

vention, le bord d'attaque 60 de la nervure 46 est très pro-

che du bord de fuite 62 de la nervure 48 Les termes "atta-

que" et "fuite" sont définis par rapport au sens de rotation

tel que représenté par une flèche figure 4 De la même ma-

nière le bord de fuite de la nervure 46 est très proche du

bord d'attaque de la nervure 52.

La nervure 46, en combinaison avec les nervures 52, 48 et les autres nervures correspondant à la série de coiffes, forme un anneau s'étendant radialement pratiquement continu qui fournit un joint entre les différents étages de turbine Ce joint est unique puisque le film d'eau sur la

surface interne de l'enveloppe n'est pratiquement pas per-

turbé pendant son écoulement vers les conduites d'échappe-

ment Les nervures forment un anneau 21 pratiquement circu-

laire, comme représenté figure 3, autour de létage de tur-

bine de même que les surfaces radialemen t extérieures des coiffes forment une bande ou surface circulaire autour de l'étage Lorsqu'on utilise une coiffe à nervure potr les derniers étages d'une turbine basse pression, il n'est pas 11 - nécessaire d'évacuer le film de condensat qui s'accumule et s'écoulement axialement le long de la surface interne de l'enveloppe, puisque la nervure est le seul obstacle à

l'écoulement de la vapeur dans le jeu radial Par consé-

quent, la fente d'évacuation d'humidité n'est pas nécessaire et peut être éliminée Comme les dimensions du jeu radial 38 sont semblables à celles du jeu radial 22 des ensembles de l'art antérieur (jeux représentés respectivement figures 1 et 2) on a noté une amelioration du rendement de l'étage de turbine due aux économies de vapeur estimées à 0,6 % du flux total de vapeur dans l'étage Ces 0,6 % représentent la perte estimée de vapeur qui passe dans la fente radiale

d'évacuation d'humidité 18 (représentée figure 1) La con-

servation de 0,6 % du flux de vapeur augmente le rendement

1 S de l'étage de turbine et de la turbine toute entière.

Selon le mode de réalisation recommandé, la nervu-

re 46 est d'un seul tenant avec la coiffe 44 Comme les au-

bes de cet étage de turbine peuvent se dilater radialement

du fait de la dilatation thermique ou se déplacer radiale-

ment du fait des réactions mécaniques subies parfois pendant

le fonctionnement de la turbine, la nervure peut être fabri-

quée en un matériau relativement usable par abrasion, qui sera "enlevé" si l'ensemble rotor et aubes doit subir une légère déviation en rotation par rapport à l'axe normal et qui "frotte" contre l'enveloppe A cette fin, les nervures

doivent être en un matériau usable par abrasion si on compa-

re avec le matériau de l'enveloppeo Comme noté auparavant, -n fonctionnement l'axe de l'étage de turbine se déplace du

úat de la dilatation thermique du rotor L'appareil à coif-

fe à nervure uiique décrit ici n'est pas influencé par le déplacement axial de l'axe de l'étage Aussi la série de nervures réalise-t-elle un joint pour un étage de turbine quelconque qui a de l'eau s'écoulant le long de la surface

interieure de l'enveloppe entourant cet étage de turbine.

3 S La figure 5 représente plusieurs vues en coupe 12 -

d'une nervure construite selon les principes de cette inven-

tion. La configuration géométrique de la nervure est une consideration importante parce que que la quantité de vapeur qui s'écoule dans le jeu radial est fonction de cette confi- gurationo Le bord s'étendant radialement de la nervure est de préference relativement étroit par rapport 2 la base de la nervure proche de la coiffe D'autres caractéristiques concernent les rapports entre la hauteur de la nervure et la largeur de sa base, en tre la hauteur et la distance de jeu radial en fonctionn Lement en régime permanent, et entre la largeur du bord s'étendant radialement de la nervure et la distance de jeu radial en régime permanent On a propose des rapports theéoriques, respectivement, de 2,0, 1,7 et 0,0 1 S pour avoir des performances optimum d'une nervure uilisée cornme joint dans une turbine ayant une longueur d'aube ef-M fective de C 5 c-a Lorsque l'étage de turbine fonctione, ces caractéristiques géométriques d'une nervure unique envoiemt

de force la vapeur s'écoulant dans le jeu radial dans na es-

pace radial Dplus petit que celui physiquement present Ce ph 6 nomène fait partie de la théorie "vena contracta' et est

relativement bien connu de la mécanique des fluides, La ner-

vure unique augmente le flux de vapeur dans le jeu radial o

Les configuraztions en coupe d'une nervure qui a u fucrio-

nement optimal sont boasees sur l'étude de 1 'coulemen 'un fluide ' travers -un orifice et autres dispositifs de joint Z

selon les principes de la mécanique des fluides; par conse-

quent les rapports énonces ciodessus indiquent seulement une gamme de valeurs En particulier, le rapport entre la haàU

teur et la largeur de la base peut varier avec d'autres fa-

ramètres structurels des aubes elles-mêmes, mais on a renar qué ici qu'un rapport compris entre 1,7 et 2,0 convenaito Le rapport entre la hauteur et le jeu peut être suprieur ou égal à 1,7 avec 2,0 comme objectif nominal et le rapp Grt en tre la largeur du bord e'c le jeu peut être inférieur cu =t,

U 44792

13 -

à 0,1 Il est important d'avoir une nervure unique s'éten-

dant sur chaque coiffe parce qu'un plus grand nombre de ner-

vures peut ne pas conserver autant de vapeur dans le jeu ra-

dial qu'une seule nervure par coiffe De même une nervure unique qui ne s'étend pas radialement au delà du bout d'aube radialement extérieur ne conserve pas la vapeur comme décrit ici,

Figure 5, on a représenté trois vues en coupe ra-

diales de nervures qui peuvent être utilisées selon les principes de cette invention Les nervures représentées ne

Sont pas les seules nervures qui peuvent être réalisées se-

lon les principes décrits ci-dessus, mais ces exemples re-

présentent le type de nervure qui fonctionne efficacement dans l'environnement décrit ici Les nervures 65 a, b et c

s'étendent, respectivement, au-dessus des surfaces radiale-

ment extérieures 64 a, b et c des coiffes comme représenté figure Sa, b et c La flèche, figure 5, représente le flux de vapeur et indique la direction d'écoulement des figures Sa, b et c Figure Sa, la nervure 65 a a une section droite de configuration trapézoïdale, avec une face aval inclinée

dd'environ 400 par rapport à un plan-horizontal de référence.

On a remarqué que des angles d'inclinaison supérieurs à 40 sont favorables dans cet exemple La figure Sb représente une nervure 65 b avec une section droite comprenant une base

relativement large à proximité de la surface 64 b, qui se ré-

trécit progressivement à partir de cette base relativement

large jusqu'au bord qui s'étend radialement Les bords supé-

* rieurs des nervures 6 Sa, b et c sont tronqués La nervure

(Sc, représentée figure Sc, a une surface latérale relative-

ment droite perpendiculairement au sens d'écoulement de la vapeur, un bord s'étendant radialement tronqué et une base

relativement large à proximité de la surface 64 c, par consé-

quent sa vue en coupe se rétrécit relativement progressive-

ment en partant de la base vers le bord radial On remarque-

ra que ces trois configurations de section droite de nervure 14 -

ne sont pas les seules qui appliquent les principes de l'in-

vention L'homme de l'art pourrait décrire de nombreuses

formes et configurations différentes de nervures qui s'éten-

dent radialement à partir de la surface extérieure d'une coiffe et fonctionnent comme décrit ci-dessus.

La figure 6 représente un autre mode de réalisa-

tion de la présente invention Une coiffe 70 relie le bout d'une aube de rotor 72 au bout d'une aube de rotor 74 Une coiffe 76 et une coiffe 77 relient des aubes adjacentes aux aubes 74 et 72, respectivement Une nervure 78 s'étendant radialement, 'ait saillie au-dessus de la surface extérieure de la coiffe 70 et est alignée tangentiellement par rapport à la nervure 80 d'un seul tenant avec la coiffe 76 et par

rapport à la nervure 81 d'un seul tenant avec la coiffe 77.

Comme représenté figure 6, le bord de fuite de la nervure 80 n'est pas à proximité du bord d'attaque de la nervure 78, c'est-à-dire que le bord de fuite de la nervure se termine à

proximité du bout d'extérieur de l'aube de rotor Un inte valle 82 sépare le bord de fuite de la nervure 80 du bord d'attaque de la

nervure 78 Par conséquent, la nervure 78 ne fait pas saillie sur le bout de l'aube 74 mais se termine à

proximité de lui et de même la nervure 80 se termine à pro-

ximité du bout de l'aube adjacente 74 Un intervalle analo-

gue peut exister entre des nervures correspondantes sur des coiffes adjacentes, comme représenté L'écoulement de vapeur autour du bout s'étendant radialement des aubes de rotor et dans l'intervalle est relativement petit dans cet autre mode

de réalisation, parce que l'intervalle 82 ainsi que les in-

tervalles similaires le long de la circonférence extérieure

Jo de l'étage constitue une relativement petite partie de l'an-

neau pratiquement continu, s'étendant radialement, formé par la série de nervures associées à la série de coiffes de l'étage de turbine Le flux de vapeur dans l'intervalle 82 est fortement limité lorsque l'ensemble rotor et aubes est

en fonctionnement.

15 -

On peut utiliser cette invention avec des coiffes

qui sont reliés aux aubes par des tenons latéraux qui s'em-

bolteat avec des ouvertures latérales dans les bouts exté-

rieurs des aubes 5 c'est-à-dire les coiffes particulières re-

S presentées icio Ces coiffes sont communément appelées coif-

fes à entrees latérales et sont décrites en détail dans le brevet des Eo U o Ao N 1 3 302 925 D'autres types de coiffes peuvent aussi utiliser une nervure comme décrit ici On peut aussi mettre en oeuvre l'invention en reliant ensemble un Lombre limite d aubes en un groupe dans un étage de turbine

mais en ne reliant pas ensemble toutes les aubes groupées.

Bien qu'il existe des ruptures ou intervalles dans l'anneau relativement continu s'étendant radialement formé par les nervures, les ruptures tournent a une vitesse telle que 1 'écoulerient axial de vapeur autour d'eux est relativement minimal On peut mettre en oeuvre l'invention en ayant des nervures et des coifes associées seulement aux aubes Dans ce cas les Coinúes et les nervures font partie intéegrallte des aubes Un appareil construit selon les principes de ' l invention est utile pour le "rattrapage" des turbines à s peur importantes parce qu'on peut ajouter les coiffes et

nnrvures décrites ici, aux étages d'une turbine basse pres-

sion dans lesquels la vapeur est saturée et o une fente dóv acuation d'humiiidité n'est pas gisement pratiqué dans I 5 l Uenveloppe de 'turbine existantceo 16 -

Claims (2)

REVENDICATIONS

1 Dans une turbine à vapeur, un ensemble rotor et aubes entouré par une enveloppe ( 34), l'ensemble comprenant

au moins plusieurs aubes de rotor ( 32) alignées circulaire-

ment et fixées à un rotor et une série correspondante de

coiffes d'aubes sur les bouts radialement extérieurs des au-

bes, chaque coiffe ( 44) reliant les bouts radiaux extérieurs

d'une paire d'aubes adjacentes ( 40, 42), ensemble caractéri-

sé en ce que chaque coiffe comporte e

une seule nervure ( 36, 46) s'étendant radiale-

ment vers l'extérieur à partir de la surface radialement ex-

térieure de chaque coiffe, le bord s'étendant radialement de la nervure étant très proche de la surface interne ( 35) de l'enveloppe ( 34), la nervure ( 36) étant le seul obstacle à l'écoulement de la vapeur dans le jeu radial ( 38) entre les

surfaces extérieures et la surface interne ( 35) de l'enve-

loppe, la nervure étant tangentiellement alignée par rapport aux nervures adjacentes sur les coiffes adjacentes; et la nervure ( 36, 46), en combinaison avec les

nervures de la série de coiffes, formant un anneau ( 21) pra-

tiquement continu, s'étendant radialement pour réaliser un

joint entre les étages respectifs de la turbine.

2 Ensemble rotor et aubes selon la revendication 1, caractérisé en ce que la nervure est d'un seul tenant

avec la coiffe correspondante.

3 Ensemble rotor et aubes selon l'une quelconque

des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la nervure

est constituée par un matériau usable par abrasion.

4 Ensemble rotor et aubes selon l'une quelconque

des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la nervure

( 65 a, 65 b, 65 c,) a une section droite avec une base large à proximité de la surface radialement extérieure ( 64 a, 64 b, 64 c) de la-coiffe correspondante et que la section droite de la nervure se rétrécit progressivement à partir de la base

vers le bord s'étendant radialement.

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17 - Dans une turbine à vapeur, un ensemble rotor et aubes entouré par une enveloppe ( 34), caractérisé en ce qu'il comprend: un arbre de rotor ( 15); au moins un ensemble de plusieurs aubes de rotor ( 13) fixées à l'arbre et disposées circulairement sur lui; plusieurs coiffes ( 44), chaque coiffe reliant

ensemble les bouts radialement extérieurs d'une paire d'au-

bes adjacentes ( 40, 42); chaque coiffe ayant une seule ner-

vure ( 36, 46), d'un seul tenant avec elle, qui s'étend ra-

dialement vers l'extérieur à partir de sa surface radiale-

ment extérieure ( 45) et au delà des bouts radialement exté-

rieurs des aubes, chaque nervure étant alignée tangentielle-

ment par rapport aux nervures adjacentes ( 48, 52) sur des

coiffes adjacentes ( 50, 54) et, les bords s'étendant radia-

lement de la série de nervures correspondant à la série de coiffes étant très proches de la surface interne ( 35) de

l'enveloppe ( 34), cette série de nervures étant le seul obs-

tacle à l'écoulement de la vapeur dans le jeu radial ( 38) entre la surface extérieure des dites coiffes et la surface interne de l'enveloppe, et la série de nervures formant un

Joint entre les ensembles d'aubes de rotor lorsque l'ensem-

ble rotor et aubes est en fonctionnement.

6 Ensemble rotor et aubes selon la revendication 5, caractérisé en ce que la nervure ( 6 Sa, 65 b, 6 Sc,) a une section droite avec une base large à proximité de la surface

radialement extérieure ( 64 a, 64 b, 64 c) de la coiffe corres-

pondante et que la section droite de la nervure se rétrécit progressivement à partir de la base vers le bord s'étendant

radialement.

7 Dans une turbine a vapeur, un ensemble rotor et aubes entouré par une enveloppe ( 34), caractérisé en ce qu'il comprend: un arbre de rotor ( 15) ; au moins un ensemble de plusieurs aubes de rotor

2 '44792

18 - ( 13) fixées à l'arbre et disposées circulairement sur lui;

plusieurs coiffes ( 44), chaque coiffe étant as-

sociée avec le bord radial extérieur d'une aube correspon-

dante; plusieurs nervures, chaque nervure étant d'un

seul tenant avec une coiffe correspondante et s'étendant ra-

dialement vers l'extérieur à partir de la surface radiale-

ment extérieure de la dite coiffe correspondante, chaque nervure étant tangentiellement alignée par rapport à des nervures adjacentes ( 48, 52) sur des coiffes adjacentes ( 50, 54), et les bords s'étendant radialement de cette série de

nervure étant très proches de la surface radialement inté-

rieure de l'enveloppe ( 34), et la série de nervures formant un anneau ( 21) pratiquement continu, s'étendant radialement

qui réalise un joint entre les ensembles d'aubes de rotor.

S Ensemble rotor et aubes selon la revendication 7 caractérisé en ce que la nervure ( 65 a, 65 b, 65 c,) a une section droite avec une base large à proximité de la surface

radialement extérieure ( 64 a, 64 b, 64 c,) de la coiffe corres-

pondante et que la section droite de la nervure se rétrécit progressivement à partir de la base vers le bord s'étendant radialement. 9 Dans une turbine à vapeur, un ensemble rotor et aubes entouré par une enveloppe ( 34), caractérisé en ce qu'il comprend: un arbre de rotor ( 15) ; au moins un ensemble de plusieurs aubes de rotor fixées à l'arbre et disposées circulairement en position axiale sur lui, les bouts radialement extérieurs de chaque aube comportant au moins deux trous latéraux; une série de coiffes, chaque coiffe ayant au moins une paire de tenons latéraux opposés, et chaque coiffe

reliant ensemble les bouts radialement extérieurs d'une pai-

re d'aubes adjacentes en joignant par emboîtement chaque te-

non latéral avec un trou latéral correspondant dans la paire d'aubes; chaque coiffe ayant une seule nervure ( 36, 46), d'un seul tenant avec elle, qui s'étend radialement vers l'extérieur à partir de sa surface radialement extérieure ( 45) et au delà des 'bouts radialement extérieurs des aubes, chaque nervure étant alignée tangentiellement par rapport aux nervures adjacentes ( 48, 52) sur des coiffes adjacentes ( 50, 54) et, les bords s'étendant radialement de la série de

nervures correspondant à la série de coiffes étant très pro-

ches de la surface interne ( 35) de l'enveloppe ( 34), les di-

tes nervures formant un anneau ( 21) pratiquement continu,

s'étendant radialement qui réalise un joint entre les ensem-

bles d'aubes de rotor lors du fonctionnement.

e Dans une turbine à vapeur, un ensemble rotor et aubes entouré par une enveloppe ( 34), caractérisé en ce qu'il comprend: un arbre de rotor ( 15) ; au moins un ensemble de plusieurs aubes de rotor ( 13) fixées à l'arbre et disposées circulairement sur lui; plusieurs coiffes ( 70),chaque coiffe reliant

ensemble les bouts radialement extérieurs d'une paire d'au-

bes adjacentes ( 72, 74); chaque coiffe, ayant une seule ner-

vure ( 78), d'un seul tenant avec elle, qui s'étend radiale-

ment vers l'extérieur à partir de sa surface radialement ex-

térieure et au delà des bouts radialement extérieurs des au-

bes, chaque nervure étant alignée tangentiellement par rap-

port aux nervures adjacentes ( 80, 81) sur des coiffes adjacentes ( 76, 77) et, les bords s'étendant radialement de la série de nervures correspondante à la série de coiffes étant très proches de la surface interne ( 35) de l'enveloppe ( 34), chaque nervure ayant un bord d'attaque qui se termine au voisinage du bout radialement extérieur d'une aube de la paire d'aubes et chaque nervure ayant un bord de fuite qui se termine à proximité du bout radialement extérieur de l'autre aube de la paire d'aubes, cette série de nervures - étant le seul obstacle à l'écoulement de la vapeur dans le

jeu radial ( 38) entre la surface extérieure des dites coif-

Les et la surface interne de l'enveloppe, et la série de

nervures formant un joint entre les ensembles d'aubes de ro-

tor lorsque l'ensemble rotor et aubes est en fonctionnement. 11 Ensemble rotor et aubes selon la revendication , caractérisé en ce que la nervure ( 70) a une section

droite avec une base large à proximité de la surface radia-

lement extérieure de la coiffe correspondante et que la sec-

tion droite de la nervure se rétrécit progressivement à par-

tir de la base vers le bord s' 'tendant radialement.