FR2973065A1

FR2973065A1 - Inserts pour circuit de refroidissement de turbine

Info

Publication number: FR2973065A1
Application number: FR1252591A
Authority: FR
Inventors: Jr Fred Thomas Willett
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2012-09-28
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: US8668439B2; RU2012112444A; US20120244009A1; FR2973065B1; DE102012102365A1; RU2601328C2

Abstract

L'insert (20) pour un circuit de refroidissement de turbine comprend : un passage de refroidissement radial (50) destiné à recevoir un fluide aval; un passage axial (52) s'étendant à partir du passage de refroidissement radial (50), dans une partie inférieure (51) de l'insert (20); et une pluralité de passages radiaux (54) s'étendant à partir du passage axial (52), chaque passage radial (54) s'étendant jusqu'à un fond d'une rainure en queue d'aronde (41), partiellement circonférentielle, de l'insert (20).

Description

B 12-1649FR 1 Inserts pour circuit de refroidissement de turbine La présente invention concerne d'une manière générale des turbines. En particulier, la présente invention se rapporte à des inserts pour un circuit de refroidissement d'un système de turbine, par exemple d'une turbine à vapeur. Les systèmes de turbines à vapeur fonctionnent à des températures de vapeur élevées, afin de travailler avec un rendement maximal. Or, des températures de vapeur élevées, combinées avec des contraintes du rotor dues aux forces centrifuges, entraînent le fluage du matériau du rotor. Il est possible d'utiliser des matériaux résistant aux températures élevées pour construire le rotor en forme de tambour, mais malheureusement, l'utilisation de tels matériaux augmente de manière significative le coût de fabrication du rotor en forme de tambour. Un refroidissement efficace du rotor tambour au cours du fonctionnement peut prolonger la durée de vie de celui-ci, sans accroître les coûts de fabrication.

La présente invention a pour objet un insert pour un circuit de refroidissement de turbine, comprenant : un passage de refroidissement radial destiné à recevoir un fluide aval; un passage axial s'étendant à partir du passage de refroidissement radial, dans une partie inférieure de l'insert; et une pluralité de passages radiaux s'étendant à partir du passage axial, chaque passage radial s'étendant jusqu'à un fond d'une rainure en queue d'aronde, partiellement circonférentielle, de l'insert. Selon un autre mode de réalisation, l'insert comprend une pluralité de passages radiaux, chaque passage radial s'étendant à partir d'un fond d'une rainure en queue d'aronde, partiellement circonférentielle, de l'insert; un passage axial s'étendant à partir de la pluralité de passages radiaux, dans une partie inférieure de l'insert; et un passage d'évacuation s'étendant à partir du passage axial.

Selon un deuxième aspect, l'invention propose un appareil comprenant un rotor; un stator entourant sensiblement le rotor; un insert d'alimentation dans une première rainure en queue d'aronde axiale du rotor, l'insert d'alimentation comprenant : un passage de refroidissement radial destiné à recevoir un fluide aval; un passage axial s'étendant à partir du passage de refroidissement radial, dans une partie inférieure de l'insert d'alimentation; et une pluralité de passages radiaux s'étendant à partir du passage axial, chaque passage radial s'étendant jusqu'à un fond d'une rainure en queue d'aronde, partiellement circonférentielle, de l'insert d'alimentation; et un insert d'évacuation dans une deuxième rainure en queue d'aronde axiale du rotor, l'insert d'évacuation comprenant : une pluralité de passages radiaux, chaque passage radial s'étendant à partir d'un fond d'une rainure en queue d'aronde, partiellement circonférentielle, de l'insert d'évacuation; un passage axial s'étendant à partir de la pluralité de passages radiaux, dans une partie inférieure de l'insert d'évacuation; et un passage d'évacuation s'étendant à partir du passage axial. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée ci-après des modes de réalisation préférés pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue partielle en coupe d'un système de turbine à vapeur selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective d'un insert d'alimentation selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue partielle en perspective d'un rotor comprenant un insert d'alimentation selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue partielle en coupe d'un système de turbine à vapeur selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 5 est une vue en perspective d'un insert d'évacuation selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 6 est une vue partielle en perspective d'un rotor comprenant un insert d'évacuation selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 7 est une vue partielle en perspective d'un rotor comprenant un insert d'alimentation et un insert d'évacuation selon un mode de réalisation de l'invention. Sur les dessins, des numéros de référence identiques représentent des éléments identiques entre les dessins. La figure 1 représente une vue partielle en coupe d'un système de turbine 100 selon l'invention. Dans tous les cas, l'utilisation du terme "turbine à vapeur" ne limite pas les enseignements de l'invention à ces types de machines spécifiques. La turbine à vapeur 100 comprend un rotor en forme de tambour 10 (représenté partiellement dans la figure 1) et un stator 15 (représenté partiellement dans la figure 1) qui entoure sensiblement le rotor tambour 10. Le rotor tambour 10 comporte sur sa circonférence extérieure au moins une rainure en queue d'aronde 40 sensiblement circonférentielle. Une aube 12 est fixée dans au moins une rainure en queue d'aronde 40 sensiblement circonférentielle. Le rotor tambour 10 peut comporter une pluralité d'aubes 12 et une pluralité de rainures en queue d'aronde 40 sensiblement circonférentielles. Si le rotor tambour 10 comporte plusieurs aubes 12, comme montré dans la figure 1, chaque aube 12 est fixée dans une rainure en queue d'aronde 40 sensiblement circonférentielle. Le stator 15 comprend au moins une tuyère 17 fixée dans une rainure à tuyère 19. Comme le montre la figure 1, le stator 15 peut comprendre une pluralité de tuyères 17, et chaque tuyère 17 peut être fixée dans une rainure à tuyère 19. Les tuyères 17 et les aubes 12 peuvent s'étendre dans la direction radiale, respectivement depuis le stator 15 et le rotor tambour 10, de manière à ce que les tuyères 17 et les aubes 12 soient intercalées les unes entre les autres sur la longueur axiale de la turbine à vapeur 100. Un fluide, par exemple de la vapeur, peut être dirigé vers un emplacement aval 14, le long de la voie d'écoulement primaire 5, pour provoquer la rotation du rotor 10. En référence aux figures 1 à 3, la turbine à vapeur 100 comporte un insert d'alimentation 20. Comme mentionné plus haut, la figure 1 représente une vue partielle en coupe d'une turbine à vapeur 100. La figure 2 représente une vue en perspective de l'insert d'alimentation 20. La figure 3 représente une vue partielle en perspective du rotor 10 comportant l'insert d'alimentation 20. Comme il ressort le mieux de la figure 2, l'insert d'alimentation 20 comprend un passage de refroidissement radial 50.

Ce passage 50 reçoit un fluide aval depuis l'emplacement aval 14 (fig. 1). Le passage de refroidissement radial 50 se situe dans une saillie de rotor 13 de l'insert d'alimentation 20. L'insert d'alimentation 20 comprend également un passage axial 52 et une pluralité de passages radiaux 54. Le passage axial 52 se situe dans une partie inférieure 51 de l'insert d'alimentation 20 et s'étend à partir du passage de refroidissement radial 50. La pluralité de passages radiaux 54 s'étend depuis le passage axial 52, sur toute la longueur de celui-ci. La pluralité de passages radiaux 54 s'étend jusqu'à un fond d'une rainure en queue d'aronde 41 partiellement circonférentielle, dans l'insert d'alimentation 20. Bien que l'insert 20 soit représenté avec seulement trois passages radiaux 54, il peut comporter n'importe quel nombre de passages radiaux 54 sur la longueur de l'insert d'alimentation 20.

En référence à la figure 3, le rotor tambour 10 peut comprendre une première rainure en queue d'aronde axiale 60. L'insert d'alimentation 20 est configuré pour s'engager dans cette première rainure en queue d'aronde axiale 60 du rotor 10. La première rainure en queue d'aronde axiale 60 peut être prévue dans chaque saillie de rotor 11. Des saillies de rotor 11 s'étendent radialement à partir du rotor tambour 10 pour former des rainures en queue d'aronde 40 sensiblement circonférentielles. L'insert d'alimentation 20 est engagé dans la première rainure en queue d'aronde axiale 60 du rotor tambour 10, de manière à ce que la rainure en queue d'aronde 41 partiellement circonférentielle de l'insert d'alimentation 20 soit alignée avec la rainure en queue d'aronde 40 sensiblement circonférentielle du rotor tambour 10, c'est-à-dire qu'elles forment une seule rainure en queue d'aronde 40 circonférentielle. De manière similaire, l'insert d'alimentation 20 peut être engagé de façon à ce que les saillies de rotor 11 du rotor 10 soient alignées avec les saillies de rotor 13 de l'insert d'alimentation 20, c'est-à-dire qu'elles forment une seule saillie de rotor 11.

Comme le montrent le mieux les figures 2 et 3, l'insert d'alimentation 20 comprend un premier bord de fixation 53 et un deuxième bord de fixation 55 dans la partie inférieure de l'insert 20. Le premier bord de fixation 53 et le deuxième bord de fixation 55 retiennent l'insert d'alimentation 20 dans la première rainure en queue d'aronde axiale 60. Lors du fonctionnement, comme montré dans la figure 1, le fluide aval, qui provient de l'emplacement aval 14 et est plus froid que le fluide à un emplacement amont 16, s'écoule vers le bas dans le passage de refroidissement radial 50 et entre dans le passage axial 52. Ensuite, le fluide s'écoule vers le haut à travers la pluralité de passages radiaux 54, jusqu'à un fond de la rainure en queue d'aronde 40 circonférentielle. Le fond de cette rainure 40 circonférentielle comporte un passage 56 circonférentiel, de manière à ce que le fluide aval s'écoule autour du rotor tambour 10, en refroidissant ainsi le rotor tambour 10. L'insert d'alimentation 20 refroidit le rotor tambour 10 dans la direction axiale (à travers le passage axial 52), dans la direction radiale (à travers les passages radiaux 54) et dans la direction circonférentielle (à travers les passages circonférentiels 56). En référence aux figures 4 à 6, la turbine à vapeur 100 peut comprendre un insert d'évacuation 80. La figure 4 représente une vue partielle en coupe d'une turbine à vapeur 100. La figure 5 représente une vue en perspective de l'insert d'évacuation 80. La figure 6 représente une vue partielle en perspective du rotor tambour 10 comprenant l'insert d'évacuation 80. Comme le montre le mieux la figure 5, l'insert d'évacuation 80 comprend une pluralité de passages radiaux 70. Chaque passage radial 70 s'étend depuis un fond d'une rainure en queue d'aronde 42 partiellement circonférentielle de l'insert d'évacuation 80. L'insert 80 comprend également un passage axial 72 et un passage d'évacuation 73. Le passage axial 72 s'étend à partir de la pluralité de passages radiaux 70, sur la longueur de l'insert d'évacuation 80 et dans une partie inférieure de celui-ci. Le passage d'évacuation 73 s'étend depuis le passage axial 72. Bien que l'insert d'évacuation 80 soit représenté avec seulement trois passages radiaux 70, il faut comprendre que l'insert d'évacuation 80 peut comprendre n'importe quel nombre de passages radiaux 70 sur la longueur de l'insert 80.

En outre, l'insert d'évacuation 80 peut comprendre une pluralité de saillies de rotor 85. En référence à la figure 6, le rotor tambour 10 peut comprendre une deuxième rainure en queue d'aronde axiale 61. L'insert d'évacuation 80 est configuré pour s'engager dans cette deuxième rainure 61 du rotor 10. La deuxième rainure en queue d'aronde axiale 61 peut être prévue dans chaque saillie de rotor 11 du rotor tambour 10. Comme mentionné plus haut, les saillies de rotor 11 s'étendent radialement depuis le rotor tambour 10 pour former des rainures en queue d'aronde 40 sensiblement circonférentielles. L'insert d'évacuation 80 est engagé dans la deuxième rainure en queue d'aronde axiale 61 du rotor 10, de manière à ce que la rainure en queue d'aronde 42 partiellement circonférentielle de l'insert d'évacuation 80 soit alignée avec la rainure en queue d'aronde 40 sensiblement circonférentielle du tambour rotor 10, formant ainsi une seule rainure en queue d'aronde 40 circonférentielle. De manière similaire, l'insert d'évacuation 80 peut être engagé de façon à ce que les saillies de rotor 11 du rotor 10 soient alignées avec les saillies de rotor 85 de l'insert d'évacuation 80, formant ainsi une seule saillie de rotor 11.

Comme le montrent le mieux les figures 5 et 6, l'insert d'évacuation 80 comprend un premier bord de fixation 81 et un deuxième bord de fixation 83, dans la partie inférieure de l'insert 80. Le premier bord de fixation 81 et le deuxième bord de fixation 83 retiennent l'insert d'évacuation 80 dans la deuxième rainure en queue d'aronde axiale 61. Lors du fonctionnement, comme montré dans la figure 4, le fluide, qui a déjà refroidi le rotor tambour 10 en circulant dans les passages circonférentiels 56, s'écoule vers le bas dans la pluralité de passages radiaux 70 et entre dans le passage axial 72. Ensuite, le fluide s'écoule à travers le passage d'évacuation 73. A partir de ce passage d'évacuation 73, le fluide peut s'écouler dans un réservoir basse pression 90 situé à un emplacement amont. Le fluide évacué dans ce réservoir basse pression 90 peut d'abord traverser un trou 62 d'une bague d'étanchéité 65. La figure 7 représente une vue partielle en perspective d'un rotor tambour 10 comprenant un insert d'alimentation 20 et un insert d'évacuation 80. L'insert d'alimentation 20 peut être engagé dans une première rainure en queue d'aronde axiale 60, et l'insert d'évacuation 80 peut être engagé dans une deuxième rainure en queue d'aronde axiale 61. La première rainure axiale 60 se trouve dans une première position circonférentielle 92 autour du rotor tambour 10, et la deuxième rainure axiale 61 se trouve dans une deuxième position circonférentielle 96 autour du rotor tambour 10.

Tel qu'illustré, l'insert d'alimentation 20 et l'insert d'évacuation 80 forment un circuit complet de refroidissement de turbine destiné à recevoir un fluide aval froid (à travers l'insert d'alimentation 20) et évacuer le fluide (à travers l'insert d'évacuation 80), après que le fluide a refroidi le rotor tambour 10.

Nomenclature des pièces Voie d'écoulement primaire Rotor en forme de tambour Saillie de rotor du rotor Aub e Saille de rotor de l'insert Emplacement aval Stator Emplacement amont Tuyère Rainure à tuyère Insert d'alimentation Rainure en queue d'aronde circonférentielle du rotor Rainure en queue d'aronde circonférentielle de l'insert Rainure en queue d'aronde circonférentielle de l'insert Passage de refroidissement radial Partie inférieure Passage axial Premier bord de fixation Passage radial Deuxième bord de fixation Passage circonférentiel Première rainure en queue d'aronde axiale Deuxième rainure en queue d'aronde axiale Trou de l'anneau d'étanchéité Anneau d'étanchéité Passage radial Passage axial Passage d'évacuation Insert d'évacuation 80 Premier bord de fixation 81 Deuxième bord de fixation 83 Saillie de rotor de l'insert 85 Réservoir basse pression 90 Première position circonférentielle 92 Deuxième position circonférentielle 96 Système de turbine 100

Claims

REVENDICATIONS1. Appareil (100), notamment un système pour turbine, comprenant un rotor (10);. un stator (15) entourant sensiblement le rotor (10); un insert 80) engagé dans une rainure en. queue d'aronde axiale (60, 61) du rotor (10), l'insert (20, 80) comprenant un passage axial (52, 72) dans une partie inférieure (.51, 81) de l'insert (20 80); et une pluralité de passages radiaux (54, 70) pratiqués dans l'insert (20,, 80) et :connectant le passage axial (52, 72) 4. une rainure en queue d'aronde (41, 42) partiellement circonférentielle.:
2. Appareil (100) selon la revendication 14 caractérisé en ce que l'insert (20) est un insert d'alimentation dans une première rainure en queue d'aronde axiale (60) du rotor (10), l'insert d'alimentation (20) comprenant un passage de refroidissement radial (50) destiné à recevoir un fluide aval; et une pluralité de passages radiaux (54) s'étendant à partir du passage axial (52), chaque passage radial. (54) s'étendant jusqu'à un fond d'une rainure en queue d'aronde (41), partiellement circonférentielle, de l'insert (20).
3. Appareil (100) .selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'insert d'alimentation (20) comprend un premier bord de fixation (53) et un deuxième bord de fixation (55) sur la partie inférieure (51) de l'insert d'alimentation (20), pour retenir l'insert d'alimentation (20) dans la. première rainure en queue d'aronde axiale (60) d'un rotor (10).
4. Appareil (100) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'insert d'alimentation (20) comprend au moins une saillie de rotor (13) configurée pour être alignée avec au moins une saillie de rotor (Il) d'un rotor (10).
5. Appareil (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'insert (80) est un insert d'évacuation une pluralité de passages radiaux (70), chaque passage radial (70) s'étendant à partir d'un fond d'une rainure en queue d'aronde (42), partiellement circonférentielle, de l'insert (80); et un passage d'évacuation (73) s'étendant à partir du passage axial (72).
6. Appareil (100) selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'insert d'évacuation (80) comprend un premier bord de fixation (81) et un deuxième bord de fixation (83) sur la partie inférieure de l'insert (80), pour retenir l'insert (80) dans une rainure en queue d'aronde axiale (61) d'un rotor (10).
7. Appareil (100) selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'insert d'évacuation (80) comprend au moins une saillie de rotor (85) configurée pour être alignée avec au moins une saillie de rotor (11) d'un rotor (10).
8. Appareil (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un insert d'alimentation (20) et au moins un insert d'évacuation (80) respectivement engagés dans la première et deuxième rainure en queue d'aronde axiale (60, 61), ledit insert d'alimentation (20) étant en communication fluidique avec l'insert d'évacuation (80) de manière à former un circuit complet de refroidissement de turbine destiné à recevoir un fluide aval froid à travers l'insert d'alimentation (20) et évacuer le fluide à travers l'insert d'évacuation (80) vers un réservoir basse pression (90) situé à un emplacement amont (16).