<Desc/Clms Page number 1>
"TURBINE A VAPEUR A CONDENSATION POUR GRANDS VOLUMESDE VAPEUR
D'ECHAPPEMENT"
La principale difficulté que l'on rencontre dans la construction de turbines à vapeur de grande puissance uti- lisant des vides élevés,consiste dans l'augmentation extraor- dinaire du volume de la vapeur à la fin de sa détente. Les dimensions des roues et des aubes sont limitées par les con- traintes admissibles. Dès lors, la vapeur doit traverser ces roues à une grande vitesse axiale, ce qui détermine des pertes considérables à la sortie. On a essayé jusqu'ici divers moyens pour réduire ces pertes ou augmenter le maximun de puissance d'une turbine d'un nombre de tours donné.
<Desc/Clms Page number 2>
Un moyen connu est représenté à la Fig. 1. Il consiste à diviser la vapeur, à l'un des derniers étages, au moyen de chicanes annulaires spéciales, en plusieurs fractions qui se détendent ensuite par degrés différents, jusqu'à la pression du condenseur, en passant par des roues différentes où elles effectuent un travail. Un inconvénient de ce dispositif con- siste dans la complication des aubes directrices et motrices 3 et 4, dont les profils diffèrent généralement des deux côtés des cloisons séparatrices.
Une autre manière de réduire les pertes à la sortie con- siste à diviser le flux de vapeur en plusieurs flux entière- ment distincts qui se détendent à la pression du condenseur en effectuant du travail. Ces turbines forment une catégorie spé- ciale de turbines de haut rendement, mais aussi d'autant plus coûteuses (encombrement plus grand en longueur, etc..).
La présente invention indique une voie pour économiser une partie des pertes à la sortie de la vapeur, à l'aide de moyens essentiellement plus simples et moins coûteux. L'invention consiste à diviser, avant le dernier étage de pression, le flux de vapeur de telle manière que 10 à 30% de la vapeur totale se rendent directement à la tubulure d'échappement sans four- nir de travail et en sacrifiant la chute qui y est contenue, ce qui s'obtient par laminage de ce flux partiel, tandis que le reste de la vapeur est utilisé au dernier étage et y est détendu à la pression du condenseur en produisant du travail.
Ce mode d'opérer semble à première vue anti-économique. Dès lors, on donnera tout d'abord, à l'aide d'un calcul simple, la preuve de son économie. Soit G la quantité de vapeur totale par senonde (a.G) la quantité de vapeur prélevée et par suite (1 - a) G la quantité de vapeur passant encore par le dernier étage; ho la chute thermique transformée en travail au dernier étage: désigne le rendement du dernier étage. Du prélèvement
<Desc/Clms Page number 3>
de la vapeur résulte une perte de travail de 4,18 (a G) ho
En regard de cette perte apparaît un gain de puissance par réduction des pertes de sortie qui se calculent comme suit.
Soit ha la perte à la sortie du dernier étage en calories Dar kilog. de vapeur qui passe. Il est proportionnel au carré de la vitesse de sortie. Avec une quantité de vapeur réduits, la perte de sortie par kilog. de vapeur est dès lors diminuée en proportion directe des carrés des quantités de vapeur, et se chiffre par conséquent par (1-a) 2ha.
Les pertes, exprimées en kilowatts s'élèvent par conséquent : sans prélèvement, à 4,18. G. ha et avec prélèvement, à 4,18. (1-a) . G. (1-a)2 ha= 4,18 G (1-a)3. ha; le gain de rendement est par conséquent @ 4,18 G. ha. 1- (1-a)3.
Si l'on a par exemple : G= 20 kilogr/sec., a= 0,1, ho= 20 calories/kg., n= 0,8, ha= 8 calories/kg., le gain de puissance est 4,18 x 20 x 8 (1-0,93)= 181 kw, contre une perte de: 4,18 x 0,1 x 20 x 20 x 0,8 134 kw d'où gain net @ 47 kw
Il s'ensuit que l'évacuation de cette quantité de vapeur sans production de travail ni utilisation de la chute de chaleur a pour résultat une amélioration du rendement écono- mique sans l'emploi de dispositifs spéciaux, tels que double- ment de l'aubage, cloisons de séparation et de guidage annu- laires spéciales dans l'aubage, etc... Il en est ainsi pour des proportions de 10-30% de la quantité de vapeur totale.
La Fig. 2 montre une exemple de réalisation du principe de l'invention. 1 représente la chambre d'échappement d'une
<Desc/Clms Page number 4>
turbine basse pression dont 2 est le rotor. 3 sont des aubes directrices, 4 des aubes réceptrices, 5 est un canal par le- quel la vapeur prélevée se rend dans la chambre d'échappement.
6 est un point d'étranglement qui détermine la proportion du prélèvement. 7 est une bague facilement interchangeable ou bien réglable, permettant de régler l'orifice de passage afin d'adapter à chaque instant le prélèvement aux conditions ac- tuelles du vide. Les aubes directrices, de même que les aubes réceptrices, diffèrent des aubes normales de turbines, tout au plus par un angle de calage légèrement différent. Elles peuvent cependant être établies exactement de la même manière.
Dans les constructions de turbines usuelles, les longues aubes des derniers étages de détente travaillent dans leur longueur avec des vitesses périphériques et des vitesses de vapeur inégales. A l'extrémité de l'étage il en résulte sur des diamètres différents des pressions différentes. On cherche à combattre l'influence nuisible de ces pressions inégales d'une manière connue, au moyen d'une torsion des aubes. Dans une turbine construite suivant la présente invention, une décroissance de la pression du dedans vers le dehors, et par- ticulièrement là où une partie de la vapeur est prélevée pour subir un laminage est utile, car elle diminue la perte résul- tant du laminage. On donnera par conséquent à l'aube une torsion telle qu'une diminution de la pression soit assurée du dedans vers le dehors.
Les moyens pour arriver à ces fins sont des plus simples: il suffit en effet de ne pas tordre les rangées d'aubes situées avant le prélèvement ou de ne les tordre qu'à un degré moindre que celui que demanderait la turbine normale. Les parties des aubes situées vers la périphérie transforment alors automati- quement, en travail mécanique, une chute d'autant plus forte que leur vitesse tangentielle est plus grande.
<Desc/Clms Page number 5>
Il faut signaler omme différence essentielle d'avec les constructions connues le fait que cette répartition de la chute est obtenue sans l'aide de cloisons de séparation et de gui- dage annulaires quelconques disposées dans l'aubage.
La possibilité de prélèvement de vapeur n'est pas néces- sairement limitée au passage au dernier étage..Dans beaucoup de cas, il y aura avantage à prélever de la vapeur sur plusieurs étages, comme c'est indiqué par exemple à la Fig. 3. Les si- gnes de référence y concordent avec ceux de la Fig. 2.