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"PERFECTIONNEMENTS AU PROCEDE ET AUX MOYENS D'AS- SURER L'ETANCHEITE DES GARNITURES D'ARBRES DE
La présente invention concerne un procédé et des moyens permettant d'assurer l'étanchéité des garnitures des arbres de turbines. Dans toute turbine à vapeur dont l'arbre traverse l'enveloppe à haute pression, la vapeur a tendance à s'échapper de la turbine par l'espace annulaire existant entre l'arbre et l'enveloppe de la turbine. Dans le cas de turbines utilisant de la vapeur surchauffée aux températures courantes, c'est-à-dire de l'ordre de 370 à 400 C, la tempé- rature de l'arbre ne monte pas suffisamment pour que la
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transmission de la chaleur au palier soit assez grande pour devenir dangereuseou pour donner de mauvais résultats.
Dans ces conditions, on utilise une garniture en labyrinthe de longueur suffisante pour réduire les fuites de vapeur en créant un chemin sinueux, et la température du rotor et de l'arbre se trouve réduite par suite de la radiation de la chaleur dans la chambre et dans les autres parties de la turbine. Naturellement, de la chaleur se transmet en suivant l'arbre et pénètre dans la portée où la température est maintenue en dessous du point dangereux par la circulation d'huile refroidie servant d'ordinaire dans tous les paliers, suivant la pratique courante en matière de turbine. Toute- fois, avec de la vapeur à des températures élevées, l'évacu- tion de la chaleur de l'arbre par radiation ne se ferait pas à une vitesse suffisante pour maintenir les températures de la portée dans les limites de sécurité même en utilisant de grandes quantités d'huile refroidie.
Le but de l'inven- tion est, en conséquence, d'empêcher cette partie de l'ar- bre, ainsi que le palier, d'atteindre une température élevée.
D'autres avantages et particularités de l'invention ressortiront de la description qui va en être faite avec référence au dessin annexé représentant schématiquement et à titre d'exemple une forme de réalisation de l'invention.
Sur ce dessin :
La fig. 1 est une vue en coupe représentant un palier, un arbre, un disque du premier étage, et une partie d'une enveloppe de turbine.
Les fig. 2 et 3 sont des schémas.
Sur la fig. 1, 5 désigne l'arbre, 6 le disque du premier étage, et 7, une partie de l'enveloppe de la turbi- ne qui comporte un prolongement 8, ou équivalent, afin de former des chambres 9 et 10. Une bague métallique 11 est ajustée serrée sur l'arbre immédiatement à l'extérieur du disque du premier étage 6, et une partie de l'enveloppe de
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la turbine, ou enveloppe de la garniture de l'arbre, est ramenée vers le bas autour de la bague pour se terminer par une garniture en labyrinthe 12.Au cours du fonctionnement,de la vapeur surchauffée est admise dans la turbine en 13, de la façon habituelle. Une partie de cette vapeur s'échappe par l'espace existant entre la bague 11 et la garniture en labyrinthe 12 à moins qu'on l'en empêche.
On évite cet é- coulement en introduisant dans la chambre 9 un agent à une pression supérieure mais à une température inférieure à cel- les de la vapeur surchauffée agissant sur les aubes de la turbine. Pour faciliter la description, on décrira un dispo- sitif dans lequel l'agent obturateur est de la vapeur satu- rée. Dans toute installation se servant de vapeur surchauf- fée, la vapeur saturée est à une pression supérieure à celle de la vapeur surchauffée d'une valeur égale à la perte de charge occasionnée par les frottements dans le surchauffeur.
En conséquence, on peut toujours disposer de vapeur saturée à une pression supérieure à celle de la vapeur surchauffée.
Par suite, en admettant cette vapeur saturée par un orifice 14, on peut maintenir dans la chambre 9 placée à l'extérieur du disque de premier étage de la turbine, une masse de flui- de d'obturation à une pression suffisamment élevée pour ré- sister à l'échappement de la vapeur surchauffée de l'inté- rieur de la turbine et ce à une température assez basse pour protéger l'arbre et son palier contre un échauffement nuisi- ble. Une seconde bague 15 entoure l'arbre entre les chambres 9 et 10, et une partie de l'enveloppe 8 est prolongée vers l'intérieur et pourvue d'une garniture labyrinthe allongée 16 portant sur la bague et s'opposant à l'échappement de la vapeur saturée de la chambre 9.
La quantité de vapeur satu- rée s'échappant de la chambre 9 dans la chambre 10 peut être dirigée, par une conduite 17, en tout point désiré tel que, par exemple, un bas étage de la turbine, un récupérateur de chaleur, ou à tout autre endroit. Dans les turbines ordinai- res, il est courant de diriger les fuites de vapeur surchauf- @
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fée d'un étage à haute pression de .La turbine à un étage à basse pression, ou à un récupérateur de chaleur. Une troisième bague 18 entoure l'arbre en dehors de la chambre 10, et la paroi intérieure de l'enveloppe 8 est prolongée vers l'intérieur et pourvue d'une autre garniture en laby- rinthe 19 appuyant sur la bague 18 et empêchant toute fui- te de vapeur par le bout de l'arbre.
Le point par lequel la présente invention diffè- re de la pratique courante connue, est l'introduction d'une chambre intermédiaire 9 disposée entre l'intérieur de la turbine et la chambre 10, et le fait de garder, dans cette chambre intermédiaire, un agent d'obturation à une pression plus élevée et à une température plus basse que l'agent utilisé pour actionner la turbine. On peut maintenir toute différence désirée de pression entre l'intérieur de la chambre 9 et l'intérieur de la turbine au moyen de soupapes de types connus. Par exemple, les mécaniciens connaissent parfaitement les soupapes à pression différentielle constan- te, et elles n'ont pas besoin d'être décrites ici.
Toute- fois, la fig. 2 représente, afin de rendre les explications plus claires, un dispositif manoeuvré à la main, permettant de maintenir une différence constante de pression entre la chambre d'obturation à haute pression et le premier étage de la turbine, tandis que la fig. 3 représente un dispositif automatique permettant de maintenir une différence constan- te de pression entre la chambre d'obturation à haute pres- sion 9 et le premier étage de la turbine ou chambre à- de cette turbine.
Sur la fig. 2, 20 désigne la conduite principale d'amenée de la vapeur à la turbine, et 21 un manomètre re- lié à la chambre de premier étage de la turbine. La condui- te d'amenée dé vapeur d'obturation 22 est représentée com- me allant à la chambre d'obturation 9, et cette conduite est¯pourvue d'une vanne classique d'arrêt 23 et d'une vanne actionnée à la main 24 dont la manoeuvre permet de maintenir /..
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la pression voulue dans la chambre 9. Un manomètre 26 per- met au.'opérateur de se rendre compte du degré de pression maintenu dans la chambre 9 tandis que le manomètre 21 lui indique celui maintenu dans la chambre du premier étage de la turbine. Le raccord de la vapeur sortant par les fuites est indiqué en 10.
Sur la fig. 3, la conduite principale d'amenée de vapeur au premier étage de la turbine est indiquée en 27, et un tuyau de raccordement 28 va de cette conduite à un type classique de soupape à pression différentielle 29.
La conduite d'amenée de la vapeur à la chambre d'obturation 9 est indiquée en 30, et la soupape à pression différentiel- le 31 est placée dans cette conduite et en règle la pres- sion. Un raccord 32 va de la conduite 30 à l'enveloppe de la soupape à pression différentielle 29, la soupape 31 fonctionnant pour maintenir, de la manière courante connue, une différence constante entre les pressions existant dans les conduites 28 et 32.
Une vanne d'arrêt est disposée en 33. On peut, si on le aésire, installer des manomètres dans ce dispositif bien qu'ils ne soient pas indispensables. Dans cette figu- re, le raccord des fuites de vapeur est placé en 34.
Bien que l'invention ait été décrite dans son application à une turbine à vapeur, il est évident qu'elle peut être appliquée aussi bien aux turbines à vapeur qu'à celles à gaz, et bien que l'on se soit référé, dans cette description, à l'utilisation de vapeur surchauffée et de vapeur saturée comme agents permettant d'obtenir une dif- férence de pression, il doit être bien entendu que l'inven- tion couvre l'utilisation de tous fluides, liquides, va- peurs ou gaz, permettant de maintenir à l'extérieur de la garniture de la turbine, une masse à une pression plus é- levée et à une température plus basse, dans le but d'empê- cher l'échappement de l'agent actionnant la turbine,
pro- tégeant en même temps contre une chaleur excessive l'arbre @
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et les parties qu'il porte ou avec lesquelles il coopère, telles que les paliers de l'arbre.