<Desc/Clms Page number 1>
"Roue rigide exposée à charge latérale comme porteur d'aubage- ou de labyrinthe pour machines rotatives à admission radiale"
L'invention concerne les roues montées rigidement sur un arbre et soumises à des charges latérales à titre de por- teurs d'aubage ou de labyrinthe pour les machines rotatives à admission radiale, particulièrement les turbines à vapeur ou à gaz et dans lesquelles on a usiné par taillage de rainures @ axiales de part et d'autre en pleine matière des bagues d'au= bage ou de labyrinthe d'une épaisseur maximum de 20 mm.
Le cours exact des tensions dans les roues de ce genre peut à peine être déterminé par le calcul; l'on doit plutôt se con- tenter de déterminer les épaisseurs de paroi nécessaires au fond des rainures par des procédés d'approximation,avec cette consideration que les bagues porteuses ne font aucun apport pour augmenter la solidité,et qu'il s'agit donc ainsi d'un disque plat ayant en général une épaisseur égale aux épaisseurs
<Desc/Clms Page number 2>
de paroi résiduaires au fond des rainures. Selon l'expérience, il se produit ainsi des accumulations de matière,qui établissent le rapport de surface à la masse de matière d'une manière ef- fectivement plus défavorable que dans les bagues de tête du contre- aubage, qui pénètrent à l'intérieur des rainures de la roue.
Il en résulte des rapports d'échauffement et de refroidissement inégaux, soit donc des dilatations inégales des bagues sous la chaleur,et les fines pointes d'étanchéité s'usent d'une manière indésirable, ce dont il résulte des pertes de faiblesse plus grandes. Pour y remédier on a introduit le disque léger,qui permet une position oblique de toute la roue sous l'effort de la pression latérale du fait de son appui élastique par rapport à l'arbre et qui utilise ainsi les résistances à la distorsion des bagues porteuses pour la consolidation de la roue. De cette façon on peut maintenir facilement un rapport généralement uniforme et favorable de la surface à la masse de mâture.
La présente invention veut également établir des rapports de dilatation de chaleur pratiquement utilisables pour ces cas, dans lesquels on maintiendra, pour des raisons parti- culières, un montage rigide de la roue sur l'arbre, soit qu'il convient d'éviter,autant que possible, des modifications dans les modèles actuels, que l'on craint le besoin plus grand en calcul que requiert la théorie des disques légers, qu'au point de vue du travail d'atelier on préfère l'exécution plus robuste du disque rigide, qu'il convient de maintenir les flexions axiales aussi petites que possible ou que,finalement, il con- vient de perfectionner postérieurement des machines déjà exécutées.
L'invention part ici de cette constatation que toutes les différences de dilatation sont proportionnées au diamètre de bague et ne peuvent, par conséquent, prendre de -grandes valeurs absolues que pour de diamètres de bagues que plus grande', particulièrement cependant!,lors d'un assemblage
<Desc/Clms Page number 3>
complètement rigide des grandes bagues.
extérieures avec les petites bagues intrieures ces dernières, même quand elles ne peuvent varier leur diamètre par suite de leur assemblage rigide avec l'arbre, ne peuvent quand même pas empêcher effectivement une dilatation ou une contraction des grandes bagues extérieures, quand les grandes bagues extérieures, y compris les cloisons d'assemblage rigides aux bagues intérieures, présentent elles-mêmes un rapport de surface à masse de matière, qui permet une variation de température conformément rapide.
Si notamment la température des grandes bagues extérieures augmente par exemple, et si elles veulent de ce fait augmenter leur diamètre, la matière/qui relie ces bagues avec les bagues intérieures rigidement fixées, se dilste également en direction radiale, sous condition qu'il est également maintenu ICI un rapport uniformément favorable de surface à la masse de matière, Il a été par exemple proposé d'assembler une bague de 10 mm. d'épaisseur de paroi et 1000 mm. de diamètre avec une bague montée rigidement et de 200 mm. de - diamètre par une paroi de tôle d'une épaisseur également de 10 mm., et pareil dispositif fut soudainement chauffé au complet de 100 C. L a bague de 1000 mm. de liamètre veut alors se dilater d'environ 1,1 mm., la petite bague d'un diamètre de 200 mm. veut se dilater d'environ 0,22mm.
Si la petite bague était libre, la paroi de tôle d'assemblage, dont la dilatation radiale sous 1'échauffement Correspond directement à la différence de dilatation des bagues, permettrait librement ces dilatations de S'effectuer, Si par contre la bague intêrieure est montée rigidement, il se produit uniquement une entrave à la dilatation de la grande bague extérieure pour les 0,22 mm. mêmes. Cette entrave est donc réduite.
Sur la base de cette constation, la présente invention pose le problème d'assurer pour les roues rigidement montées sur un arbre, directement pour les grandes bagues extérieures, un rapport généralement favorable de surface à masse de
<Desc/Clms Page number 4>
matière sans considération pour le rapport d'échauffement dé- favorable du lourd moyeu de roue rigidement fixé.
Pour la so- lution de ce problème et conformément à l'invention, le bord de roue extérieur est considéré,indépendamment des méthodes de calcul usuelles et en faisant abandon de l'action de ren- forcement des tensions périphériques et des tensions radiales provoquées par celle-ci, comme bande de tôle droite déroulée, laquelle est chargée du bord extérieur de roue déroulé vers le bord intérieur de la bande qu'on imagine rigidement serré d'une différence de pression montant en ligne droite de zéro, conformément à la chute de charge n ll de la publication Hutte, 25e édition, livre 1, page 612. Avec s = tension de flexion en kg./cm2, a = augmentation de pression en kg./cm2 pour 1 cm. de rayon, b = épaisseur axiale de la bague en cm.
(épaisseur de paroi de la roue au fond des rainures) et 1 = hauteur de bande radiale en em.(distance du bord extérieur de roue), on obtient la relation suivante :
13 s = a x- b2 Cette relation d'évaluation toute brute montre une décroissance extraordinairement rapide de l'effort de flexion s en direc- tion du bord de roue extérieur. Pour des valeurs données de s, a et b, on peut déterminer la distance 1 du bord de roue ex- térieur où l'en atteint d'abord la tension s:
1 = 3 b2 xs/a Comme la relation s se trouve sous la racine cubique, son in- a fluence sur la grandeur de 1 est très réduite.
Si l'on admet: s 1000 4000 kgr./cm2 a 1 4 atm./cm. on obtient dans ces larges limites de la relation s de 1 à 4
4 (soit 1 :16) pour 1 la limite:
1 = (6.3 à 16) x b2/3 Visiblement avec b = 2 cm., 1 peut comporter au moins jusqu'à 10 cm. Ceci comparé avec les réalisations actuelles présente une relation totalement surprenante, laquelle n'est toutefois
<Desc/Clms Page number 5>
@ qu'approximative, mais qui renferme cependant une grande sécu- rité par le fait de négliger les puissances de consolidation résultant de la forme du disque, et qui dépasse en général l'augmentation des tensions de flexion radiales sous les efforts de la force centrifuge.
Conformément à l'invention il est donc proposé que l'é- paisseur de paroi résiduaire de la roue au fond des rainures comporte sur une section radiale d'au moins 50 mm. , à partir du bord extérieur de la roue également 20 mm. au maximum ou que pour de hautes exigences au point de vue mobilité de chaleur et charge usuelle, l'épaisseur de paroi résiduaire de la roue au fond des rainures comporte sur une section radiale d'au moins 100 mm. à partir du bord extérieur de la roue éga- lement 20 mm. au maximum. Il est ici avantageux, en raison de la même relation, de limiter aussi l'épaisseur de paroi résiduaire au fond des rainures à une distance encore plus grande du bord de roue extérieur et, de préférence, sur une section radiale d'au moins 120 mm. du bord extérieur de roue à 30 mm, au maximum.
Si les bagues porteuses ne Sont taillées dans la roue que d'un côté, elles produisent toutefoissous l'effet de la force centrifuge des moments de flexion com- plêmentaires sur la matière de la roue* moments qui viennent renforcer en général les moments de flexion provenant de la pression latérale.
La résistance à la distorsion de la bague porteuse connue dans la théorie des disques légers limite ce- pendant la grandeur de ces moments de flexion supplémentaires, En outre, la chute de pression a le long de la roue est moin- dre dans le casd'admission unilatérale, de sorte que dans ce cas également les constatations énoncées gardent leur validités
Par les mesures proposées selon l'invention, il est ef- fectivement possible de créer une construction, particulièrement quand les porteurs d'aubage ou de labyrinthe stationnaires sont exécutés comme disques légers à montage élastique, qui
<Desc/Clms Page number 6>
maintient même, pour des variations de température considéw râbles, des grandeurs d'interstice tolérables à l'intérieur de l'aubage.
Pourles disques stationnaires cependant un appui élastique est indispensable,pour autant qu'il se produit sur le grand diamètre extérieur, afin que notamment les bagues de grand diamètre puissent respirer librement. Quand les disques stationnaires ont leurappui au diamètre intérieur, il se produit généralement la possibilité de décharger les disques de pression par appui contre des parois fixes. L'application de l'idée inventive est cependant aussi imaginable sur des disques stationnaires.
Le dessin montre comme exemple de réalisation une coupe à travers une roue portant aubage des deux côtés et servant dans une turbine radiale à vapeur de haute pression. La roue 1 est rigidement fixé sur l'arbre 3 au moyen des douilles co- niques 3. Dans la roue on a usiné par entaillage des rainures 4 les bagues porteuses 5 pour les aubes 6. La fixation rigide du moyeu de roue sur l'arbre empêche un obliquage de l'in- térieur de la roue sous la pression de vapeur exercée en di- rection de la flèche A. La partie intérieure de la roue est par conséquent exposée à des moments de flexion élevés sup- plémentairement aux efforts de force centrifuge qui sont ici également élevés.
L'épaisseur de paroi résiduaire de la roue restant entre le fond de rainure des gorges taillées de part et d'autre, soit donc l'épaisseur de paroi de la cloison persistant entre les bagues, doit par conséquent être consi dérable à proximité du moyeu. La partie intérieure de la roue possède donc une grande masse de matière en regard à la surface.
Par conséquent, elle présente une grande inertie à la chaleur et répond aux variations de température de la vapeur d'une manière effectivement plus tardive que les bagues de tête du contre-aubage stationnaire non illustrées, qui pénètrent dans les rainures de la roue. Comme cependant .les différences
<Desc/Clms Page number 7>
de dilatation absolues sont'réduites pour les petits diamètres, cette inertie de chaleur est prise en charge conformément à l'invention. Par contre, l'épaisseur de. garai résiduaire b au fond des rainures entre les bagues porteuses (épaisseur de cloison) dans la partie extérieure de la roue jusque une distance de 1 = 100 mm. du bord extérieur de la roue est maintenue sous b = 20 mm. et comporte jusqu'à une distance de li = 120 mm. en b1 30 mm. au maximum.
Suivant les constatations de la présente invention, sur la base des considérations d'ap- ment proximation simplifiées, le cours séparé/inconnu des efforts / de la matière permet cette disposition, étant donné que les tensions radiales diminuent par sauts vers le bord extérieur de la roue.
Comme d'ailleurs l'épaisseur de paroi de la partdé de roue extérieure reste généralement en dessous de 20 mm., cette partie de roue répond pour ainsi dire au disque léger quant à ses propriétés.L'assemblage rigide de la partie extérieure à paroi mince avec la partie intérieure massive n'entrave que relativement peu les rapports de dilatation de la partie extérieure, étant donné que l'assemblage à paroi mince de ces deux parties se dilate également radialement et assure ainsi dans beaucoup de cas une capacité suffisante de respiration pour la partie extérieure à paroi mince. On réussit ainsi, même dans la partie extérieure de l'aubage, de maintenir en fonction des interstices d'étanchéité tolérables, malgré que les variations de diamètres absolues sont grandes.
Revendications.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.