<Desc/Clms Page number 1>
Segment de tuyère refroidi pour turbines combustion interne.]
La présente invention concerne une construction particulière d'un segment de tuyère refroidi pour turbines à combustion interne, segment qui se compose de parties séparées, assemblées en segment de tuyère terminé et dans lequel les pièces latérales recevant entre elles les lames de tuyère refroidies, sont elles aussi refroidies.
On sait que dans les turbines à combustion interne explosions, la sollicitation de l'aubage du rotor de turbine se fait au moyen de groupes de tuyères de manière semblable aux turbines a. vapeur. Les groupes de tuyères se composent de tuyres individuelles dont la section transversale est toujours de forme rectangulaire et qui sont séparées les unes .des.autres par des cloisons intermédiaires. Dans les turbines à combustion interne à explosions il se produit, en règle générale, dans ces tuyères des vitesses supérieure$
<Desc/Clms Page number 2>
la vitesse critique, de sorte que les tuyères doivent, conformément à la forme indiquée par LAVAL, être établies avec un évasement.
Cet évasement ou élargissement a donc pour résultat que les cloisons intermédiaires prévues entre les tuyères individuelles se terminent vers l'ex- trémité de sortie des gaz en une pointe plus ou moins aigüö. Cette construction des cloisons intermédiaires offre des difficultés particulières parce qu'il s'y ajoute encore le fait que ces cloisons sont balayées des deux côtés par des gaz de combustion de température élevée et de vitesse toujours supérieures la vitesse critique.
Comme les coefficients de transmission thermique augmentent fortement et en partie brusquement avec l'augmentation des vitesses des gaz, notamment au-delà de la vitesse critique, une destruction des cloisons intermédiaires par brûlage ne peut être évitée qu'en refroidissant fortement ces parties. Les cloisons intermédiaires doi- vent donc être creuses, en forme de lames de tuyre creuses, et doivent être parcourues par un agent réfri- gérant. Or on a trouvé que les passages de chaleur aux lames de tuyères sont si intenses que même en se servant de liquides réfrigérants il est difficile d'obtenir un refroidissement sans perturbations.
En effet si on forme, ainsi qu'on a procédé tout d'abord, les lames de tuyère refroidies du fait que ces lames de tuyère venues de fonte avec 1 es joues latérales sont parcées au moyen de forures situées côte à côte et sont fendues à partir de ces forures vers l'extrémité de sortie se terminant en pointe, de sorte que le liquide réfrigérant coule perpendiculaire- ment , la direction du courant gazeux en courants
<Desc/Clms Page number 3>
parallèles à travers l'ensemble de la lame de tuyère, l'agent réfrigérant coule principalement par les per- cées du dos de la lame de tuyère qui comportent une section transversale plus grande, c'est--dire les percées.de la partie de lame de tuyère élargie léchée en premier par les gaz de combustion,
de sorte qu'une faible quantité seulement de liquide réfrigérant passe par le trait de scie relativement étroit dans la pointe de la lame. Mais c'est justement en ce point que les plus forts transferts de chaleur ont lieu par suite des vitesse plus grandes des gaz. En conséquence, l'agent réfrigérant passe une vitesse insuffisanto et en quantité trop faible'par le trait de scie de la pointe de la lame de tuyère, de sorte qu'il se produit ,une évaporation.
L'évaporation provoque la précipitation de tartre dans l'étroit trait de scie, et rétrécit considérablement et obture même la section transversale d'écoulement. La vapeur engendrée refoule le liquide réfrigérant et aug- mente de cette manire la distribution inégale de ce liquide. Mais aux points où le coussin de vapeur s'est déjà formé, il ne se produit plus d'abduction de chaleur suffisante. Par suite de ce refroidissement défectueux, les lames de tuyères adoptent des températures inadmissible.
Comme en raison des percées et du trait de scie de la lame de tuyre, les parois des creux de la lame soumis seulement la faible pression du liquide ré- frigérant ne possèdent plus assez de résistance pour résister à la pression gazeuse externe, les parois sont écrasées et deviennent inétanches, de sorte que le liquide réfrigérant peut s'échapper.
Ces inconvénients ont mené à une autre proposition
<Desc/Clms Page number 4>
qui consiste à fraiser le dos de la lame de tuyère par les faces de bout tournées vers les joues latérales en laissant subsister une barrette intermédiaire, La barrette intermé- diaire n'est percée qu'en un point seulement d'un petit trou. D'autres percées s'étendant sur l'ensemble de la hauteur de la lame de tuyère, de surface de bout en surface de bout, sont prévues sur la pointe de la lame de tuyère.
L'étranglement ainsi obtenu de la section transversale d'écoulement dans le dos de la lame de tuyère était destiné forcer l'agent réfrigérant à parcourir sûrement les per- cées de la pointe de la lame de tuyère. Mais on a trouvé que cette proposition elle aussi ne donne pas le résultat exeompté, car les percées dont le diamètre devient toujours plus petit avec l'augmentation de l'amincissement de la pointe de lalame de tuyère, comportent une trop grande surface par rapport à leur section transversale de passage.
En conséquence, même en cas d'étranglement des courant parallèles de liquide réfrigérant passant par les plus grands espaces réfrigérants du dos de la lame de tuyère, il n'est pas possible de forcer à travers les petites percées à la pointe de la lame de tuyère, une telle quan- ti té de liquide réfrigérant qu'on empêche des évaporions..
Mais en combinaison avec l'étroitesse des percées, l'éva- pora,tion provoque les inconvénients déjà décrits de sorte que, même en cas de réalisation de cette proposition, on a dû constater des endommagements des lames de tuyère.
Le problème qui en résulte et qui consiste à disposer le refroidissement des lames de tuyère de manière à éviter sûrement les inconvénients exposée, a déjà été résolu du fait-que l'agent réfrigérant est introduit dans la lame .de tuyère sur le dos de la lame et est conduit en un
<Desc/Clms Page number 5>
courant s'étendant presque jusqu'à moitié de la.,hauteur de la. lame de tuyre, en direction des gaz de combustion jusqu'à la pointe de la lame de tuyère, puis est dévié à l'intérieur de cette pointe, est remané en direction opposée aux gaz de combustion en un courant occupant de nouveau presse la moitié de la hauteur de la lame de tuyère, au dos de cette lame et est évacué en ce point.
En conséquence, on a renoncé volontairement à la direction d'écoulement jusqu'ici usuelle de l'agent réfrigérant perpendiculairement à la direction d'écoulement des gaz de combustion à travers les tuyères, et on a réalisé un pas- sage en forme d'U de l'agent réfrigérant à travers la-lame de, tuyère, car on s'assure ainsi plusieurs avantages Tout d' abord les courant parallèles sont remplacés par un seul courant d'agent réfrigérant, de sorte que le contact de l'ensemble des surfaces réfrigérantes est assuré indé- pendamment de la résistance à l'écoulement.
De plus, on peut réalis-er, dans la pointe de la lame de tuyre aussi, de grandes sections transversales d'écoulement, de sorte que le rapport entre la surface de transmission de chaleur et la section transversale adopte une valeur avec laquelle on peut éviter sûrement les formations de vapeur.
On supp- rime ainsi en même ternes les risques de la formation de tartre et de la réduction des sections transversales d'écoulement.En conséquence, du fait que le quantité totale de l'agent réfrigérant est obligée à refroidir justement l'intérieur de la pointe de la lame, et du fait qu'on peut réaliser dans ce but des sections transversal les de passage d'une grandeur avec laquelle des évapora- tions de l'agent réfrigérant et des,obturations des espaces réfrigérants sont sûrement évitées) on a réussi
<Desc/Clms Page number 6>
à supprimer les difficultés jusqu'ici insurmontables.
Mais les dispositions prévues jusqu'ici pour l'exécution d'un semblable refroidissement sont extraordi- nairement compliquées. En effet, la conduite de l'agent réfrigérant a été effectuée en principe au moyen de che- villes coniques, pourvues de percées axiales et transyer- sales, chevilles qui traversaient chaque fois une lame de tuyère de manière que l'agent réfrigérant reçu de l'une des pièces latérales pouvait pénétrer dans la lame de tuyère par une des percées axiales et la percée transversa- le s'y raccordant, sur quoi il était quidé à l'intérieur de la lame le long d'une cloison de séparation, était dévié à l'intérieur de la pointe de la lame et étant ramené sur l' autre côté de la cloison de séparation,
pour être ensuite conduit dans l'autre pièce latérale par la percée transversale et la percée axiale s'y raccordant de la cheville ou boulon de fixation. Avec cette dispositior il était nécessaire de fixer chaque cheville par un écrou particulier, d'établir pour l'introduction de chaque che- ville ou boulon, des vissages sur les deux paroisde limitation externes des pièces latérales, d'équiper les chevilles ou boulons de fixation de conduits réfrigérants relativement étroits, et de prévoir dans les lames de tuyère des conduits *réfrigérants correspondants, ce qui exige un nombre considérable de joints et provoque la formation d'un nombre aussi grand d'inétanchéités, qui ont besoin d'une surveillance et d'un entretien constants.
De plus, des lames de tuyère ainsi formées avaient tendance se rompre en des points déterminés, de sorte que des me- sures particulières additionnelles ont été nécessaires pour supprimer ce risque.
<Desc/Clms Page number 7>
Le problème ainsi posé, qui eonsiste tout en conser- vant le guidage avantageux de l'agent réfrigérant, a simplifier notablement le segment de tuyère et à l'établir sous forme d'élément de construction unitaire, de fonc- tionnement sûr, est résolu d'après la présente invention du fait que les lames de tuyère qui, avec les ajoutages latéraux faisant corps avec elles forment la tuyére,, sont réunies par ces ajoutages ou saillants en un élément de construction unitaire.
Ce résultat s'obtient de préférence du fait que les corps de lame de tuyère à section trans- versale en forme de H comportent sur leurs deux côtés des saillants en forme de pattes, formés de préférence par fraisage, saillants par lesquels ils sont réunis les uns aux autres au moyen de joints s'étendant le long des lignes médianes des tuyères en étant de préférence soudés les uns aux autres.
Le dessin ci-joint représente, a titre d'exemple une forme d'exécution de l'object de la présente invention.
La fig.1 est une coupe en direction circonférentiel- le du groupe de tuyères d'une turbine 1 combustion interna, cette coupe étant développée dans le plan du dessin.
La fig.2 montre la disposition de tuyres en coupe radiale suivant la ligne II-II de la fig.l, le plan de cou- pe contenant l'axe de la turbine.
La fig.3 est une coupe transversale verticale de la disposition de tuyères suivant les lignes III-III des fig.1 et 2, tandis que
La fig.4 est une coupe longitudinale verticale d'une lame de tuyère suivant la ligne IV-IV de la fig.l.
1 désigne la soupape de tuyres d'une chambre d'ex- plosion non représentée; apès ouverture de cette soupape, les gaz de combustion sous forte pression et fortement
<Desc/Clms Page number 8>
chauffés, engendrés dans la chambre d'explosion, pénétrant par l' antichambre 2 des tuyères dans les conduits de tuy- res 3, qui sont formés dans le genre d'une tuyère de LAVAL et dans lesquels les gaz de combusti on sont détendus et accélérés. Les tuyères 3 sont limitées par les pattes 4 et 5 des lames de tuyère ainsi fiue par leurs surfaces latérales 6. Les pattes 4,5 sont formées de préférence par un fraisage approprié de 7' ébauche de lame de tuyère.
Deux pattes voisines 4 et 5 sont reliées chaque fois l'une l'autre par des joints de soudure 7, joints 7 qui, ainsi que le montre la fig.1, coincident environ avec la ligne centrale des tuyres 3.
Les lames de tuyère sont de forme creuse et sont re- froi di es par de l'eau qui entre par une conduite 8 dans l'espace réfrigérant 9 (fig.2-4) prévu au-dessous des tu- yères, qui parcourt les espaces réfrigérants de chaque la- me de tuyère et qui parvient dans l'espace réfrigérant 10 disposé au dessus des tuyères, pour être évacuée de cet espace par une conduite 11. Ainsi que représenté sur la gig.1, les points d'arrivée et d'abduction 8 et 11 de l'a- agent réfrigérant sont prévus aux extrémités latérales de l'arc d'injection contenant le groupe de tuyères. Les expaces 9 et 10 sont séparés l'un de l'autre par la cloi- son intermédiaire 12 (fig.3), afin de forcer le passage de l'agent réfrigérant travers les espaces réfrigérants des lames de tuyère.
L'espace réfrigérant 13 de l'antichambre des tuyères est alimenté d'eau chaude sous pression, indépendamment du refroidissement froid des lames de tuyère, par la con- duite 14 (fig.l); l'évacuation se fait en 15.
Ainsi que le montre particulièrement la fig.4, des lames de tuyère constituées de cette manière sont caracté-
<Desc/Clms Page number 9>
risées en outre par la disposition, à l'inté-ri-eur de chaque lame, d'une cloison intermédiaire 20, divisant l'intérieur de la languette de tuyre 16 en deux espaces longitudinaux 17 et 18 et comportant à la pointe de la lame une ouverture de passage 19; cette cloison 20 se trouve environ au milieu de la hauteur de la lame de tuyère. La cloison 20 soutient en même temps l'une contre l'autre les parois latérales de la lame de tuyère, ainsi que le montre particulièrement la fig.3, de sorte que ces parois ne peuvent pas être déformées sous l'influence de la pression des gaz de combustion.
Les espaces longitudinaux 17 et 18 de chaque lame de tuyère, formés de préférence par fraisage, sont recouverts vers le haut et vers le bas par des couvercles 21 et 22 soudés, par voie autogène ou µ. la soudure, dans le corps en languette, couvercles qui possèdent en 23 et 24 des ouver- tures pour l'entrée et la sortie de l'eau réfrigérante La fig. 3 montre les couvercles 21 et 22 en élévation, car la coupe a été effectuée au point où se trouvent les ouvertures ou échancrures 23 et 24.
Les espaces collecteurs d'arrivée et de départ 9 et 10 pour l'eau réfrigérante sont formés par de minces parois élastiques 25 et 26; elles sont soudées d'un côté en 27 aux pointes des lames de tuyère, de l'autre côté en 28 au corps porteur 29 pour le groupe do tuyères.
De cotte manière, on en arrive à ce que le groupe de tuyères peut, lors de son échauffement, se dilater librement dans n'importe quelle direction, de façon à éviter sûrement des fissures de tension.
Le fonctionnement de la disposition décrite est le suivant'!
<Desc/Clms Page number 10>
L'eau réfrigérante froide, amenée par la conduite 8, remplit tout d'abord l'espace collecteur l'arrivée 9 pour passer de cet espace- par les ouvertures 23 dans les espaces longitudinaux 18 de chaque lame de tuyère.
En conséquence, la lame de tuyère est parcourue en direction d'écoulement des gaz de comlustion, du dos de la lame jusq'à sa pointe, par un courant d'agent réfrigérant qui a' étend sur la moitié environ de la hauteur de la lame de tuyère. L'inversion de ce courant se fait en 19 à l'intérieur de la pointe de la lame de tuyère, sur quoi l'espace longitudinal 17 est parcouru en direction opposée à la direction d'écoulement des gaz de combustion, de la pointe de lame jusqu'au dos de lame par un courant réfri- gérant qui occupe de nouveau presque la moitié de la hauteur de la lame de tuyère. Les courants d'agent réfri- gérant sortant en 24 se réunissent dans l'espace collec- teur d'évacuation 10, pour être évacués par la conduite 11.
De cette manière, non seulement chaque lame de tuyère est parcourue sur l'ensemble de la longueur, et de la hauteur, de manière effective par l'agent réfrigé- rant, mais de plus cet agent est obligé de couler dans sa quantité totale sur les parois internes de la pointe de lame et de refroidir effectivement cette pointe. Les sections transversales d'écoulement qui sont ainsi a la disposition de !,'agent réfrigérant, sont relativement gran- de de sorte que des quantités suffisantes d'agent réfri- ,gérant peuvent être conduites à travers les espaces réfrigérants, ce qui non seulement assure une abduction de chaleur suffisante sans aucun risque de formation de vapeur, mais supprime aussi la tendance -, l'obturation.