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" Procédé pour le renforcement de disques à forage central soumis à des charges latérales ".
@ La. présente invention concerne un procédé pour le renforcement de disques ou plateaux à forage central, qui sont soumis à des charges latérales, particulièrement des porteaubage pour machines rotatives, notamment pour turbines à vapeur ou à gaz.
La capacité de résistance de roues ou disques à forage central, par rapport à la charge sous l'effet de surpression latérale, est effectivement produite par les phénomènes suivants qui entrent en activité par la position inclinée primitive du disque en révolution ou au repos :
1. ) Dans la position inclinée du disque, l'écartement entre les bords de disque intérieur ou extérieur tend à augmenter. De ce fait, il se produit des tensions radiales qui
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tendent à réduire le diamètre moyen du bord extérieur et à élargir le diamètre moyen du bord intérieur. De cette façon, il est mis une limite à l'inclinaison du disque et la charge latérale est absorbée en partie,
2.) Par la position inclinée du disque, les diamètres le long d'un côté du disque sont, en général, agrandis et diminués le long de l'autre côté du disque.
De ce fait, il se produit également un moment de redressement.
3. ) En supplément à ces forces, il peut être exercé par fixation rigide du disque au bord d'appui, un moment de flexion sur le disque à partir de l'endroit de fixation, moment qui oppose une résistance à l'inclinaison.
Quand on a procédé de façon à enlever de pareils disques par usinage des bagues concentriques en taillant des gorges annulaires, bagues entre lesquelles la liaison est assurée par les cloisons restantes entre les bagues, tel qu'on l'a, par exemple, trouvé comme particulièrement avantageux pour porte-aubage de machines rotatives, spécialement de turbines à vapeur ou à gaz, on a d'abord appliqué la fixation à l'endroit d'appui suivant le point 3) et l'on a cru pouvoir négliger les forces de renforcement des bagues mêmes et de pouvoir se satisfaire uniquement de la solidité de cette partie du disque qui reste comme paroi pleine. Cette conception était généralement justifiée pour des disques fixés et correspondait également avec les résultats d'essais de flexion qui furent effectués.
Les disques, conformément dimensionnés, présentèrent cependant le désavantage que la partie du disque, qui reste à paroi pleine, présente une épaisseur de paroi relativement grande, qui avait pour conséquence une consommation élevée en matériel, un poids élevé et une mauvaise oonduotivité de chaleur.
Il a ensuite été proposé d'employer la solidité à la distorsion des bagues découpées du disque pour le renforcement du
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disque, du. fait que le disque fut fixé élastiquement à l'endroit d'appui et qu'il obtint ainsi la possibilité de se placer obliquement avec ses bagues, conformément à la charge. L'inclinaison aux parties sous les charges les plus élevées, à proximité de l'endroit d'appui, permet d'absorber des charges du disque d'une grandeur surprenante pour de très faibles épaisseurs de paroi. Ce genre de construction de disques a été, de ce fait, introduit avec succès sous la désignation de " disque léger ".
En association avec ce nouveau développement, il a ensuite été établi un procédé de calcul pour pareils disques, qui néglige les forces de consolidation données sous les points 1) et 3), mais qui, par contre, permet de trouver à précision ces forces qui se produisent par variation de diamètres aux faces d'about latérales du disque. Il a été constaté que la résistance à la distorsion ainsi trouvée pour les bagues de support séparées, était suffisamment grande pour réaliser, même en négligeant les autres forces qui ne pouvaient être établies par calcul, une solidité suffisante dans la plupart des cas à l'égard des forces latérales. Les forces supplémentaires qui se produisent et qu'on néglige dans le calcul, pouvaient alors être considérées comme une réserve désirable.
De cette façon, on réussit à développer un mode de construction des disques, qui permet d'absorber, d' une manière à calculer primitivement avec précision, une charge latérale effective, sans dépasser l'épaisseur minimum des parois voulue. Particulièrement, on réalise une consommation de matériau moindre, un poids plus réduit et une plus grande conclue- tivité de chaleur, en même temps que des frais de fabrication moindres.
Le progrès technique, établi dans les dernières années, a cependant mené constamment à des charges latérales plus élevées de pareils disques. Il stest alors produit cette tendance de rendre les nouvelles constructions des disques capables de
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charges encore plus élevées. Dans cette dépendance, il a déjà été proposé de consolider les cloisons ou Isthmes de liaison entre les bagues. Une proposition pour exécuter pareille oonsolidation, sans accumulation de matériau, consiste en ce que, des deux côtes du disque, des bagues découpées sont disposées aveo décalage en direction radiale. Ce renforcement mettra par- tioulièrement en action, par application uniforme, d'une manière plus forte encore et sur la totalité du disque, les forcée suivant les points 1) et 2).
Il se produit ainsi certainement une meilleure répartition des tensions qui se produisent sur toute la section du disque, du fait que la charge des bagues à proximité de l'endroit d'appui et qui sont soumises aux efforts les plus élevés, est répartie sur les bagues situées à une plus grande distance.
La présente invention a maintenant pour objet d'effectuer un renforcement de pareils disques par une toute autre voie, avec le but d'effectuer une répartition de tensions effectivement améliorée dans les parties du disque fortement chargées par la surpression latérale. Elle part ici de cette constatation que, même pour les roues exposées à des efforts élevés et qui prennent appui intérieur sur un petit diamètre, des forces de renforcement deviennent nécessaires au delà des nécessités qui ont été connues jusqu'à présent, et l'invention propose notamment pour la réalisation, qu'à l'intervention d'une bague de renforcement se prêtant elle-même effectivement à distorsion, il est exercé, à proximité de l'endroit d'appui, sur la partie du disque qui s'étend à partir de cette bague jusqu'au bord libre du disque,
un moment de flexion agissant à rencontre de la surpression et redressant la partie du disque avec distorsion de la cloison de liaison dans le sens de redressement. Par distorsion effective de la bague de renforcement, il est ici entendu que les endroits de butée entre la bague de renforcement et
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la cloison de liaison s'inclinent sous la charge, d'au moins un dixième de la variation d'inclinaison la plus élevée se produisant le long du disque; de manière avantageuse, cette inalinaison comportera plus de 25 % et mieux encore plus de 50 % de l'inclinaison la plus grande se produisant le long du disque.
L'invention suit donc une voie toute nouvelle, pour autant qu' elle exerce le moment de flexion redresseur sur la bague exposée au plus grand effort en direction à partir de l'endroit d'appui et qu'elle ne le dérive pas des bagues sous charge moindre déjà présentes, qui sont situées de l'autre côté de la bague de renforcement que l'endroit d'appui. Pour la réalisation d'un renforcement effectif, on procédera ici, avantageusement, en calculant le moment de redressement exercé sur la partie du disque qui s'étend jusqu'au bord libre du disque, de façon que les cloisons restantes entre les gorges annulaires séparées rapportées au delà de la bague immédiatement suivante, vers le bord libre du disque, soient également soumises à flexion dans le, sens du moment de redressement.
Conformément aux constatations de l'invention, un disque pour la réalisation du procédé, conforme à l'invention, se ca- ractérise par le fait que la variation de l'inclinaison, qui se produit par rapport à l'état non chargé dans la bague de renforcement montée à proximité de l'endroit d'appui et, notamment, à l'endroit de butée, avec la cloison restant entre les gorges annulaires, soit par agrandissement des dimensions de la bague de renforcement ou par liaison avec le dispositif d'appui sous la charge par surpression latérale, est maintenue moindre que l'inclinaison de l'endroit de butée correspondant de la bague immédiatement suivante vers le bord libre du disque.
Pour les disques sous charge élevée, il sera également avantageux de maintenir la variation d'inolinaison se produisant à l'égard de l' état non chargé dans les bagues situées au-delà vers le bord
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libre du disque, à l'endroit de butée avec les cloisons restant entre les gorges annulaires, moindre que l'inclinaison de l'endroit de butée correspondant de la bague immédiatement suivante vers le bord libre du disque.
Suivant une autre constatation de l'invention, il y a de l'importance à une répartition calculée à précision du moment de redressement exercé par la bague de renforcement sur la bague soumise à charge élevée. Si, uniquement, la bague soumise à la charge la plus élevée doit être déchargée par la bague de renforcement, on pourrait se suffire, comme mesure conforme à l'invention, d'une construction renforcée de cette cloison persistant entre les gorges annulaires, qui transmet le moment de redressement de la bague de renforcement sur la partie du disque qui s'étend à partir de cette bague vers le bord libre du disque, construction renforcée par rapport à la cloison subséquente en direction du bord du disque.
Pour des disques sous charge élevée, il serait, par contre, avantageux de laisser décroître l'épaisseur axiale de plusieurs cloisons à partir de la bague de renforcement vers le bord du disque libre, soit graduellement de cloison à cloison. L'effort sur les bagues soumises à charge élevée et dont on tend à assurer l'uniformité aussi grande que possible, conformément à l'invention, est réalisé ici au mieux par une réduction de l'épaisseur de cloison axiale telle, que les efforts de flexion les plus élevés dans les bagues reliées par ces cloisons sont équilibrés de l'une à l'autre, à l'encontre des différences de tension qui se produisent pour des épaisseurs de cloison restant égales.
Pour réaliser un plein rendement lors de l'application de la présente invention, il est d'importance que les bagues soumises à charge élevée gardent sous la charge, même en présence de l'appui donné par la bague de renforcement, la possibilité d'une variation d'inclinaison aussi étendue que l'exige une
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utilisation aussi parfaite que possible de sa résistance à sa distorsion. De cette façon, il est possible de construire la partie du disque soumise à charge élevée sous forme de disque de solidité égale par rapport aux efforts de flexion produits par la charge unilatérale. Il est ici également d'importance que la bague de renforcement occupe, sous charge, une position inclinée correspondante sans effort excessif.
Suivant une autre constatation de l'invention, la variation d'inclinaison de la bague de renforcement, se produisant à l'égard de l'état non chargé ou d'une bague donnant appui à oelle-là, à l'endroit de butée, avec la cloison persistant entre les gorges annulaires, par allongement de la longueur axiale des bagues voisines, sera ramenée à une valeur d'angle, dont la tangente est située entre un cent millième et un millième de la racine carrée du rapport du diamètre de bague moyen à l'épaisseur de bague radiale.
Ltangle d'inclinaison des bagues peut notamment être diminué par allongement de la longueur de bague axiale jusqu'à une certaine valeur maximale favorable de l'angle d'inclinaison des bagues, Cette valeur maximale la plus favorable de la longueur de bague comporte 1,27 x b. D, avec b comme épaisseur de bague radiale à la racine de bague et D comme diamètre de bague moyen en cm., cependant que la longueur de la racine de bague jusque l'extrémité des bagues doit être mesurée et que l'on doit considérer comme racine de bague l'entrée de la bague dans la cloison, c'est-à-dire la partie pleine du disque.
Souvent, cependant, il est particulièrement désirable, pour des raisons de conformation, de fixer, en direction radiale, les extrémités de bague libres de la bague de renforcement ou d'une bague donnant appui à celle-là, soit ainsi par exemple de la serrer entre des éléments de centrage ou de la fixer par retrait ( frettage ) sur ltarbre. Dans ce cas, la longueur axiale des bagues soumises à charge élevée sera prolongée d'une longueur telle,
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que la tangente d'ensemble soit limitée à la moitié d'un millième de la racine carrée mentionnée. Il est particulièrement avantageux si, dans ce cas, la longueur de bague axiale comporte, mesurée de la racine de bague à l'extrémité de bague, environ ( 0,8 + 1,7 ). b .
D, avec b comme épaisseur de bague radiale à la racine de bague et D comme diamètre de bague moyen en cm. A l'intérieur de oes limites, tout déplacement radial des extrémités de bague appuyées reste pour ainsi dire sans influence sur le milieu de bague, de sorte qu'une fixation par frottage ou un serrage des bagues modifie peu aux rapports calculés. Particulièrement, une distorsion de la bague reste également pour ainsi dire sans influence sur les extrémités de bague, de sorte qu'un relâchement du retrait ( frottage )sous la charge latérale ne peut avoir lieu.
En outre, dans le calcul énoncé, le diamètre des extrémités de bague est réduit par agrandissement du diamètre du milieu de bague, comme il se produit par exemple dans les roues par la force centrifuge, de sorte que le siège des extrémités de bague n'est pas relâché sous l'effet de la force centrifuge mais au contraire fixé.
Finalement, suivant d'autres constatations de l'invention, un montage par retrait ou ( frottage ) qui serait prévu dans l'étendue de la partie radiale pleine du disque, peut assurer une élasticité suffisante pour la bague de renforcement ou une bague donnant appui à celle-là. A cet effet, il est proposé que pareil retrait ou frottage, prévu au bord intérieur du disque, s'étend en direction de la flexion du disque, tout au plus sur une distance en direction de l'axe que la cloison du disque la plus intérieure. Il est, en outre, avantageux de garder l'extension axiale du frottage en direction de la flexion du disque moindre qu'en direction sur la face du disque exposée à la surpression.
Les figures du dessin montrent, à l'échelle de grandeur
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naturelle, des exemples de réalisation illustrés, auxquels on a ajouté un tableau particulier montrant les valeurs de charge.
La figure 1 montre une forme de réalisation pour une sur- presaion latérale particulièrement élevée. La capacité de charge comporte suivant la colonne P du tableau pour une charge la plus élevée de 2000 kg/cm2 128. 900 kgr. 1 désigné la roue réelle, laquelle est fixée par frettage sur l'arbre 2 et, notamment, sur les collets 3 et 4 de ltarbre 2.
La roue 1 prend appui en 5 sur l'arbre, de sorte qu'ici la totalité de charge est reportée sur l'arbre, Les bagues séparées sont successivement désignées par les références lr, 3r, 5r, etc..., les cloisons par 2s, 4s, 6s, etc..., en concordance avec le tableau à chiffres. lr est la bagne de renforcement qui cède le moment de renforcement con- formément aux nécessités aux bagues 3r à 17r à travers les cloi- sons 2s à 16s,L'inclinaison de la bague de renforcement lr sous la charge, laquelle sera suffisamment forte pour que les bagues 3r, 5r, 7r, etc..., s'inclinent également jusqu'à la capacité de charge qui doit leur être attribuée, est rendue possible par le mode de fixation particulier par frettage.
A la bague lr se trouve rapportée une bague d'allongement plus mince 6, dont le moment de flexion est tellement petit que la position inolinée de la bague de renforcement lr ne s'en trouve pas pratiquement influencée. La longueur axiale de cette mince bague 6 comporte environ 1,27 , b.d, avec b comme épaisseur de bague radiale à la raoine de bague et D comme diamètre de bague moyen, le tout en cm. Pour pareil dimensionnage de la bague, la fixation ou le montage par frottage de l'extrémité de bague en 4 n'exerce aucun effet sensible sur l'endroit de liaison entre les bagues lr et 6. En outre, à l'endroit de fixation par frottage 3, l'extension axiale de l'endroit de frettage à partir du plan médian du dis- que en direction du recul d'axe, est dimensionnée moindre que la dilatation axiale de la cloison 2s dans la même direction.
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L'extrémité droite de la bague 1r peut donc, pratiquement, se réduire sans gêne sous la charge. L'extension de l'endroit de frettage 3 en direction vers le côté sous charge est maintenue plus grande, afin de faciliter de cette façon l'inclinaison à la bague de renforcement lr. Pour assurer la position axiale du disque, il est encore prévu un éorou 7.
Dans la figure 2, on a représenté une forme de réalisation particulièrement simple pour une roue soumise à une charge moindre. Les mêmes chiffres de référence sont ici utilisés. En pré- senae de la charge moindre, il est devenu possible de maintenir l'angle d'inclinaison de la bague de renforcement 1 tellement petit que la bague de renforcement peut être directement fixée par frottage, par ses extrémités, sur l'arbre aux points 3 et 4.
Pour maintenir les angles d'inclinaison petits, les longueurs axiales des bagues lr à 3r sont gardées plus grandes qu'il n'était autrement nécessaire pour des considérations du point de vue technique. La capacité de charge de la roue illustrée ici comporte, conformément au tableau 44 250 kgr. pour une charge de 2000 kgr/cm2,
Dans la figure 3, on a illustré une roue de construction unilatérale, dans laquelle l'appui de la roue sur l'arbre a été assuré à l'intervention d'une bague élastique particulière.
Cette bague élastique est ici désignée par lr, cependant que la bague de renforcement a pris la désignation 3r. La fixation de la bague élastique lr sur l'arbre se produit dans ce cas par une liaison à tenon avec l'assistance d'un oordon de mâtage 8.
Pour le restant, les mêmes références sont de valeur que dans les autres figures. En 9, il est encore prévu une gorge, afin de pouvoir dégager plus facilement la liaison par tenon, après enlèvement du cordon de mâtage 8 lors du démontage de la roue,
Il convient, en outre, de mentionner que dans l'applica- tion des formules énoncées, il doit être pris en considération,
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de manière connue, des amincissements à l'extrémité de bague.
A cet effet) une partie du matériel de bague aux extrémités de bague est utilisée pour épaissir les extrémités de bague de telle façon, qu'il en résulte une forme de bague hypothétique d'égale épaisseur qui a la même section que la bague réelle. Dans les dessins, on a Indiqué en pointillé la forme de bague qu'il convient de prendre comme base au calcul.
Dans le tableau, on a indiqué les dimensions et les charges des roues illustrées, de bague à bague et de oloison à oloiaon. Les colonnes dans ce tableau indiquent les valeurs suivantes :
Dm = diamètre moyen des bagues ou cloisons,
1 =- longueur axiale des bagues mesurés, du milieu de la cloison jusqu'à l'extrémité des bagues, s = épaisseur axiale des cloisons, b = épaisseur radiale des bagues, h = hauteur radiale des cloisons, ¯p= différence de pression formant charge,
P= charge du bord de roue jusqutau milieu de bague,
MP = moment de flexion extérieur sur la bague par P,
MR= moment le plus grand que l'on peut imposer à la bague,
MS= moment imposé à la cloison ( ¯= moment de cloison cédé à la bague ), tgao= inclinaison de la bague (¯= flexion de la cloison ), @ b = tension de flexion engendrée,
@ = tension de cisaillement dans la cloison.
Dans le tableau, on peut voir de quelle grandeur est le moment MR qu'on peut imposer au maximum aux bagues et combien plus grand est le moment Mp effectivement absorbé, étant donné qu'une partie réelle du moment Ms de la bague de renforcement lr ( ou 3r ), cédé successivement par les cloisons, se trouve mise à la disposition des bagues.
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On a toujours Mp- Mr= ¯ms. La bague de renforcement doit alors, dans tous les cas, absorber la somme totale de tous les ¯Ms en supplément au moment Mp, dont elle a la charge, de sorte que dans la bague de renforcement MR= MP +}la . Des moments, exercés sur les bagues et les cloisons, résultent les inclinaisons tgao des bagues. Une constatation effective de l'invention réside donc en ce que les cloisons doivent maintenant être di- mensionnées, de façon qu'elles produisent pour les charges données la flexion voulue ¯ tga., flexions qui représentent les différences entre les valeurs tgao des bagues adjacentes. Il y a donc une nécessité à ce que le renforcement des cloisons s'et- fectue suivant une loi tout à fait déterminée.
Cette loi a été choisie par exemple dans la roue suivant la figure 1, de façon que les bagues 3r, 5r, 7r, 9r, llr, 13r, 15r et 17r sont, dans leur ensemble, sous la charge de la tension de flexion de 2000 kgr/cm2, qui est ici permise comme charge la plus élevée. Dans la roue suivant la figure 2, ceci ne s'applique qu'aux bagues 3r et 5r; dans la roue suivant la figure 3, aux bagues 5r et 7r. Toutefois, les bagues de renforcement sont chaque fois soumises à des charges également élevées. Il devient ainsi immédiatement clair comment se produit une aussi bonne utilisation de matériel par une distribution uniforme des efforts les plus élevés. Il n'existe jusqu'à présent aucune construction de disque, dans laquelle on ait tiré partie aussi extensivement de la matière de construction donnée.
Il convient encore de remarquer que la partie restante du disque, pour laquelle on n'a pas donné ici la valeur, doit être calculée de la manière usuelle, mais qu'ioi cependant les efforts diminuent très rapidement et que, par conséquent, un calcul précis des tensions produites par la surcharge latérale, peut être considéré comme superflu. Il convient encore d'attirer l'attention sur ce que le rapport de Mp à MR, pour la bague
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qui est située le plus près de la bague de renforcement, établit une échelle de mesure pour l'accroissement de la capacité de portée du disque. D'après cela, la roue, suivant la figure 1, supporte à peu près quatre fois la charge pour la même tension la plus élevée que les formes d'exécution de disques légers connus jusqu'à présent.
Il résulte en outre des figures qu'une augmentation de l'épaisseur de paroi, pour autant qu'elle devient nécessaire, ne se produit que sur les diamètres intérieurs les plus petits. Comme les petits diamètres ne varient que relativement peu pour des échauffements différents, considérés de manière absolue, il se fait que la conductivité de chaleur des disques ne se trouve pratiquement pas influencée de manière sensible. La capacité de dilatation et de contraction pour les grands diamètres, auxquels les variations prennent des valeurs absolues nuisibles, ne se trouve pas entravée de manière sensible. La proposition, selon ltinvention, apporte donc une solution qui augmente effectivement la solidité des disques légers, sans introduire des désavantages sensibles.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.