BE451219A - - Google Patents

Description

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  ROTOR REFROIDI DE TURBINE A   GAZ.   



   La présente invention a pour objet un rotor de turbine à gaz qui consiste en un corps creux cylindrique et dont la cavité contient le fluide de refroidissement. 



   - La tendance de faire fonctionner les turbines à gaz dans une région de température de plus en plus élevée rend   absalu-   -ment nécessaire un refroidissement de la turbine à gaz et en particulier.du rotor et'des aubes mobiles. Un refroidissement intensif est le mieux assuré par l'emploi de liquides comme agent de-refroidissement.

   Par suite de la rotation rapide du ' rotor, l'agent de refroidissement est projeté sous pression, de sorte que le rotor de turbine à gaz,est chargé supplémen- . tairement par la pression intérieure de l'agent de refroidis- sement.'Ceci est particulièrement le cas lorsque la chaleur absorbée par l'agent de refroidissement est employée pour la production de vapeur, de sorte que le rotor de turbine est 

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 sollicité non seulement par la pression du liquide mais en- core par la pression de vapeur.

   Comme la pression intérieure peut être très considérable, en particulier lorsque le re- froidissement fonctionne suivant le principe de la chaudière tournante et qu'on produit à partir de l'agent de refroidis- sement de la vapeur à haute tension qui peut fournir un tra- vail supplémentaire dans une turbine à vapeur spéciale, il est nécessaire de construire le rotor de façon particulière- ment résistante à la pression. Cette condition de résistance à la pression implique une épaisseur de paroi relativement forte du rotor, ce qui n'est pas désiré en considération de l'accroissement qui en résulte des tensions thermiques. 



   Suivant la présente invention, il est par conséquent proposé, pour décharger le corps creux, de relier ensemble les surfaces de fond du corps creux cylindrique à l'intérieur de celui-ci, ce qui assure une élévation consi.dérable de la résistance à la pression. Pour tenir compte de l'échauffement non uniforme' du rotor et de la turbine, d'une part par les gaz de combustion à la périphérie extérieure et d'autre part par l'agent de refroidissement situé à l'intérieur et dont la température d'ébullition diminue en fonction de la pres- sion, de l'extérieur vers l'intérieur, il est avantageux de prévoir des moyens spéciaux pour la compensation de l'allon- gement longitudinal différent de la surface périphérique cy- lindrique et.de la liaison intérieure. 



   Ceci peut   (tre   obtenu   d'une   part par l'emploi de maté- rieux à   coefficient   de dilatation thermique approprié à l'é-   chauffement   inégal ou par un dispositif de chauffage spécial pour la partie la moins chauffée, ou bien on peut prévoir   également,   pour supporter la dilatation longitudinale diffé- rente, un organe élastique. Dans ce dernier cas on peut,   lorsqu'il   y a liaison rigide des deux surfaces de fond, con-, former élastiquement la surface périphérique du cylindre ou 

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 .deux surfaces de fond ou bien les surfaces périphérique et de fond'reçoivent une forme rigide mais 'alors l'élasticité nécessaire doit être placée dans les liaisons des deux sur- faces de fond. 



   L'invention est expliquée avec plus de détails à l'aide des figures 1 à 18. 



   Aux figures 1 à 4, on a représenté schématiquement l'i- dée de l'invention. Le corps   creux,cylindrique   du rotor de turbine à gaz comprend,une paroi périphérique 1 et les deux surfaces de fond 2. Les aubes mobiles 3 sont fixées sur la surface périphérique 1. 



   Suivant la présente invention on prévoit, pour augmen- ter la résistance à la pression du rotor contre la pression intérieure, une liaison 4 traversant la cavité entre les surfaces de fond 2. Cette liaison peut se trouver,   cornue   on l'a représenté, 'dans l'axe de rotation ou bien être disposée de façon centrée autour de l'axe de rotation lorsque par exemple la liaison intérieure consiste en plusieurs tirants. 



   Le rotor peut être supporté en 5 et 6. L'agent de refroidis- sement 7 peut.être amené et évacué par l'arbre 8 qui peut être pourvu de conduits appropriés. Par suite de la liaison intérieure 4, la constitution du rotor devient relativement rigide et il peut dans certaines circonstances être avanta- geux de prévoir un organe, élastique pour compenser la dila- tation longitudinale différente qui est inévitable lors de l'échauffement inégal des parties du rotor et peut être très considérable. 



   Les figures 2 à 4 montrent schématiquement la constitu- tion d'un rotor avec un organe élastique destiné à absorber la dilatation'longitudinale. 



   A la figure   ,   la surface-périphérique 1 du rotor est ellememe rendue élastique, tandis que les surfaces de fond 2 et la liaison intérieure 4 sont rigides. 



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La figure 3 montre une conformation schématique des deux surfaces de fond 2. La surface périphérique 1 et la   li'-   aison 4 restent ici rigides, tandis qu'à la figure 4 la li- aison intérieure 4 est élastique et les surfaces périphéri- que et de fond 1, 2 restent rigides. 



   Les figures suivantes 5 à 18 représentent des exemples de réalisation du rotor de turbine à gaz suivant l'invention. 



   Conformément à la représentation schématique de la fi-   gure   1, les figures 5 et 6 montrent des exemples pour la réa- lisation d'un rotor à liaison intérieure des surfaces de fond du corps creux cylindrique. Le rotor de turbine à gaz suivant la figure 5 comprend l'arbre continu 8 qui   e'st   usiné d'une pièce avec les surfaces de fond 2 et la surface périphérique 1 qui, dans ce cas, est soudée aux pièces de fond 2 mais peut également être reliée à celles-ci d'une autre manière quel- conque. Le refroidissement du rotor de fait suivant le prin- cipe de la chaudière tournante. L'agent de refroidissement liquide est introduit par le conduit 9 de l'arbre au moyen du canal 10 dans la cavité 11 du rotor et est projeté vers l'extérieur.

   Il arrive à l'arbre 8 sans,pression ou à peu près sans pression par l'intermédiaire d'une boite à bourra- ge non représentée. Une pompe spéciale n'est pas nécessaire. 



  Par suite du chauffage extérieur du rotor, en particulier de la surface périphérique 1 avec les aubes 3 qui y sont fixées et qui sont également refroidies, il se produit, à partir de l'agent de refroidissement liquide, de la vapeur qui s'écoule vers l'intérieur et peut être envoyée par des conduits 12 et par le conduit13 de l'arbre à un endroit de consommation. 



  La pression de la vapeur correspond à la colonne d'eau proje- tée dans les canaux d'amenée 10. La pression dans la cavité 11 du rotor correspond jusqu'au commencement de l'anneau de liquide à la pression de vapeur et augmente ensuite, en con- cordance avec l'épaisseur de l'anneau d'eau projeté, vers 

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   l'extérieur..   Par suite de la liaison intérieure des pièces de'fond 2, qui est fournie dans le cas présent par l'arbre continu 8, on produit un déchargement notable des forces de traction agissant dans l'enveloppe 1, de sorte que l'épais- seur de paroi de l'enveloppe 1 peut être avantageusement di- minuée. 



   L'exemple de la figure 6 montre une autre forme de réa- lisation pour la constitution du rotor. Les pièces de fond 2 sont ici,reliées par des tirants 14 disposés en position centrée autour de l'axe de rotation. L'enveloppe 1 est ren- forcée par des nervures annulaires intérieures 15. Il peut suffire également de disposer ces nervures 15 seulement aux endroits où des aubes 3 sont fixées à la périphérie. Le re- froidissement est le même que dans l'exemple précèdent, à part que dans   'le   cas présent des canaux d'amenée 10 sont placés à l'intérieur du rotor. Comme on l'a mentionné au dé- but, le rotor.est chauffé différemment par les gaz de combus- tion d'une part et par l'agent de refroidissement dans le cas où la température de l'anneau d'eau diminue de   l'exté-   rieur vers l'intérieur en fonction de la pression.

   L'enve- loppe 1 a par conséquent une plus grande dilatation   longitu-   dinale que la liaison à l'intérieur du rotor. A côté de la possibilité de compenser cette dilatation longitudinale dif- férente par¯ le fait que la liaison à l'intérieur est faite en une matière à coefficient de dilatation thermique plus élevé, il faut faire remarquer que le même résultat peut être produit par un chauffage particulier de la liaison in- térieure,   apprôximativement   à la même température que l'en- veloppe. Les figures 7 et 8 montrent un exemple   de   ce cas. 



   A la: figure 7, la liaison 16 située à l'intérieur du rotor, est,fixée par brides aux surfaces de fond 2 et est pourvue d'un conduit axial 17. Pour la compensation de la dilatation longitudinale différente entre la liaison inté- 

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 rieure 16 et l'enveloppe 1, la liaison 16 est chauffée par de la vapeur à tension plus élevée, dont la pression est ap- proximativement égale à la pression de l'agent de refroidis- sement liquide à la paroi intérieure de   l'enveloppe   1. Pour- obtenir ce résultat, une petite partie de l'agent de refroi- dissement liquide est conduite à l'extérieur au-delà,de la surface périphérique 1 dans les tubes 18 repliés en forme d'U et est chauffée par les gaz de combustion.

   En concordan- ce avec la pression plus élevée du liquide projeté dans les tubes 18, la vapeur produite peut également avoir une pres- sion plus élevée et par conséquent une température plus éle-   vée.   Cette vapeur est introduite, au moyen des branches des tubes 18 dirigées vers l'intérieur, dans la cavité 17 de la liaison intermédiaire 16 et est accumulée sous une pression tellement   élevée   par les petits conduits 19 par lesquels elle s'écoule dans la. chambre intérieure 11 du rotor, que sa tem-   pérature   correspond approximativement à la température moyen'- ne de la paroi de la surface périphérique 1. 



   Dans la constitution du rotor suivant la figure 8, la liaison intérieure 20 est pourvue de conduits dans lesquels, en vue du chauffage de la liaison 20 à la,température de la paroi 1, un véhicule de chaleur de température d'ébullition élevée, par exemple de l'huile ou un liquide analogue, circu- le en circuit fermé. Pour l'échauffement, le véhicule de cha- leur est conduit dans des doigts 21 jusqu'au-delà de la pa- roi périphérique 1, dans le trajet des gaz-de combustion. 



  Les parties des   doigts   21 dépassant au-delà de la surface périphérique   1- peuvent   également avoir la forme d'une aube ce rotor etformer la dernière couronne d'aube. 



   Les figures suivantes montrent des exemples de réalisa- tion du rotor, dans lesquels la dilatation longitudinale dif- férente est absorbée par un organe élastique. 



   En concordance avec la figure 2 schématique, la figure-9 

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 montre un exemple de la réalisation du rotor avec conforma- tion élastique   de' la   surface périphérique du Qorps creux cy- lindrique. Dans le rotor représenté, la liaison intérieure 22   .du   rotor, 'qui forme dans le cas présent une partie de l'ar- bre, est usinée d'une pièce avec le support 23 des aubes. A la périphérie, les supports 23 sont reliés entre eux par des tôles 24 élastiques, bombées vers l'intérieur. Les supports   ,d'aubes   23 divisent l'espace intérieur du rotor en trois ca- vités 25 qui sont reliées entre elles à la périphérie exté- rieure par les conduits 26 et sont en communication par les conduits 27 et   28,,avec   le conduit 29 de l'arbre.

   Le   rèfroi-   dissement du rotor se fait de nouveau suivant le principe de la chaudière tournante. L'eau de refroidissement est intro- duite par le conduit 30 de l'arbre et envoyée à la périphé-      rie par les conduits 31 et projetée sous pression. La vapeur produite est évaluée des cavités 25 par les conduits 27, 28 et-les conduits   9   de l'arbre vers l'endroit d'utilisation. 



   Grâce aux tôles élastiques 24, la plus forte dilatation de la paroi extérieure par rapport à la liaison intérieure du - rotor est absorbée. Les tôles 24 peuvent être relativement minces car, par leur façonnage et leurs dimensions minimes, , on peut obtenir une résistance suffisante par rapport à la pression intérieure. Les figures 10 à   12   montrent des liai- sons avantageuses des supports d'aubes 23 par les tôles élas- tiques 24.   A la   figure 10,.les tôles 24 sont soudées à des saillies 32 partant des supports d'aubes et ayant la même épaisseur de paroi et,sont bombées vers l'intérieur, ce qui facilite fortement la soudure. En cas de grandes distances des supports.

   Daubes, il est à recommander de prévoir, pour décharger la liaison élastique à paroi mince, un anneau de support 33 comme le montre la figure   11. ,Les   tôles sont sou- dées d'abord par l'intérieur aux saillies 3 des supports d'aubes et vers l'extérieur à l'anneau de support 33. Dans      

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 l'exemple de la figure 12, les tôles élastiques 24 ont une forme présentant des pointes dirigées vers l'extérieur. Elles ont ici en même temps la fonction de former, en coopération avec une constitution appropriée de la couronne d'aubes di- rectrices, un dispositif d'étanchéité radial en labyrinthe. 



  Lors de   la   soudure des tôles 24 aux saillies 32 ou à l'an- neau de support 33, il est avantageux, pour le centrage des tôles 34 d'engager celles-ci quelque peu dans la matière à l'endroit de soudure.. 



   Un exemple de la constitution d'un rotor à surfaces de fond 2 élastiques, en concordance avec la représentation schématique de la figure 3, est représenté à la figure 13. 



  La dilatation longitudinale différente de la surface périphé-' rique 1 comme liaison extérieure et de l'arbre continu 34 comme liaison intérieure rigide des surfaces de fond 2 est absorbée par la conformation élastique des surfaces de fond 2 à l'endroit de liaison de l'arbre 34 où les surfaces de fond 2 se transforment en des tôles annulaires élastiques 35 re- pliées en forme d'U qui sont reliées par soudure à l'arbre 34. La sollicitation des tôles annulaires 35 est diminuée par le fait que les forces de traction à transmettre par les tôles 35 à l'arbre 34, sont dirigées en sens inverse de la force de pression qui est exercée par la pression intérieure' sur les tôles 35.

   Il est avantageux de faire s'engager les . surfaces de fond 2 dans des rainures longitudinales de l'ar- bre 34, pour le centrage et la transmission   du moment   de ro-      tation. 



   Les figures 14 à 16 montrent des exemples d'une liaison' intérieure élastique suivant la représentation schématique de la :figure 4. 



   Sur la figure 14 la liaison intérieure 36 est élargie en forme d'entonnoir et reliée à la surface de fond de droi- te 2. La plus grande dilatation longitudinale de la paroi 1 

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 est absorbée par l'élargissement élastique en entonnoir de la liaison intérieure 36. La cavité prenant naissance par suite de l'élargissement de la liaison 36 et par suite de la pièce de fond 2 peut être remplie de liquide de refroidisse- ment qui arrive par le conduit 37 de l'arbre et est projeté par les conduits 38 dans la chambre intérieure proprement dite IL du rotor. 



   La liaison élastique intérieure des surfaces de fond 2 est établie suivant, la figure 15 par des rubans élastiques 
39. Pour rendre ces-rubans capables de transmettre des   ef-   forts de traction, on a prévu des poids 40 qui, sous l'in- fluence de la force centrifuge, exercent sur les surfaces de fond une   force,de   traction opposée à la pression intérieure. 



   Suivant la figure 16, la liaison intérieure des surfaces de fond 2 est' établie, pour décharger la surface périphéri- que 1, par un tirant 41 qui est sollicité par torsion par la dilatation longitudinale 40. A une extrémité, le tirant 41 est vissé dans la pièce de   fond .2   de droite, tandis que l'au- tre extrémité porte une tête dentée 42 de forme spéciale qui, 'comme le montre la   figure 17,   vient en prise avec une pièce conjuguée 43, également dentée, vissée à la pièce de fond 2 de gauche. En cas de plus forte ,dilatation de la paroi 1,      les dents de la tête de tirant 42 et de la pièce conjuguée 43 sont attirées plus profondément l'une dans l'autre, de sorte   que.le   tirant, qui doit être fait en une matière élas- tique, est mis sous torsion.

   Comme dernier exemple de l'idée de l'invention consistant à décharger au moyen d'une liaison intérieure du corps creux la surface périphérique chargée supplémentairement par le fluide de refroidissement, il est proposé d'employer une liaison hydraulique élastique forcée, qui est représentée à la figure 18. La surface périphérique 1 du rotor de turbine est fixée par la pièce de fond 44 à l'ar- bre continu 45, tandis que la pièce de fond 46 n'est pas re- 

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 liée mécaniquement, ,nais seulement d'une manière quelconque   étanche   au liquide, à l'arbre 45. Le corps creux du rotor de turbine peut donc se dilater librement. Pour la transmission de forces de traction à l'arbre 45 en vue de décharger la paroi 1, on emploie la méthode de refroidissement suivant le principe de la chaudière tournante.

   Sur l'arbre 45 est monté un plateau 47. Le fluide de refroidissement pénètre par le conduit 48 de l'arbre dans l'espace annulaire entre le pla- teau 47 et la pièce de fond 46 et est ici projeté à une pres- sion correspondant à la pression de vapeur plus la pression de l'anneau d'eau dans l'espace en question. Cette pression est atteinte seulement à la périphérie, tandis que dans le voisinage de l'arbre, elle est toutàà-fait minime vu que-le' fluide de refroidissement arrive à peu près sans pression. 



   En conséquence, la pièce de fond 46 est beaucoup moins char,- gée que la pièce de fond 44, qui est chargée depuis l'anneau d'eau jusqu'à l'arbre par la pleine pression de vapeur. La différence de la charge est absorbée par le plateau 47 et transmise directement à l'arbre 45, de s,orte que l'on obtient un déchargement de la paroi périphérique 1 d'environ 25 %. 



     L'évacuation   de la vapeur hors de l'espace 50 se fait de nou- veau par des conduits 51 et   52   traversant ,1'arbre. 



   Revendications. 



  1.- Rotor refroidi de turbine à gaz,, consistant en un corps creux cylindrique,¯caractérisé en ce que les surfaces de fond sont reliées ensemble à l'intérieur du corps creux cylindri-      que.     

Claims (1)

1. 2.- Rotor refroidi de turbine à gaz suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un organe élastique est prévu pour ab- sorber la dilatation longitudinale différente de la surface périphérique cylindrique et de la liaison intérieure. <Desc/Clms Page number 11>

   3. - Rotor refroidi de turbine à gaz suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la surface périphérique cylin- drique (1) est confonnée élastiquement dans la d.irection lon- gitudinale.

   4. - Rotor refroidi de turbine à gaz suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les surfaces de fond (2) du corps creux cylindrique sont conformées élastiquement.

   5. - Rotor refroidi de turbine à gaz suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la liaison intérieure (4) des surfaces de fond (2) du corps creux cylindrique est confor- mée élastiquement.

   6. - Rotor refroidi de turbine à gaz suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison intérieure est formée par un arbre (8) s'étendant de part en part.

   7.- Rotor refroidi de turbine'à gaz suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison intérieure'est formée par, des tubes d'ancrage (14) placés en position centrée autour de l'axe de rotation.

   8.- Rotor refroidi de turbine à gaz suivant la revendication 1, ''caractérisé en ce qu'on a prévu des dispositifs réalisant une dilatation longitudinale plus forte de la liaison inté- rieure (4).

   9. - Rotor refroidi de turbine à gaz suivant les revendications 1 et 8, caractérisé en ce que, pour la liaison intérieure (4), on prévoit un matériau à dilatation thermique plus élevée.

   10.- Rotor refroidi de turbine à gaz suivant les revendications l'et 8, caractérisé en ce que la liaison intérieure (4) est chauffée par un apport spécial de chaleur.

   11.- Rotor refroidi de turbine à gaz suivant les revendications <Desc/Clms Page number 12> 8 et 10, caractérisé en ce que du liquide de'refroidissement, on sépare un courant partiel, et à partir de ce liquide, on produit de la vapeur à pression plus élevée qui est conduite à travers la liaison intérieure.

   12.- Rotor refroidi de turbine à gaz suivant les revendications 8 et 11, caractérisé en ce que la vapeur de pression plus élevée est détendue et est évacuée avec la vapeur produite' du ,liquide de refroidissement.

   13.- Rotor refroidi de turbine à gaz suivant les revendications 8 et 10, caractérisé en ce que l'élévation de la pression de la vapeur cbauffant la liaison intérieure est réglée suivant la différence de la dilatation longitudinale de la liaison intérieure 'et de la liaison extérieure.

   14. - Rotor refroidi de turbine à gaz suivant les revendications 8 et 10, caractérisé en ce que, pour le chauffage de la li- aison intérieure, un circuit fermé est prévu.

   15. - Rotor refroidi de turbine à gaz suivant les revendications 8, 10 et 14, caractérisé en ce que, pour le circuit fermé, un autreliquide à point d'ébullition plus élevé est prévu pour le refroidissement du rotor.

   16. - Rotor refroidi de turbine à gaz suivant les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la surface périphérique cylin- drique (1) est faite de supports d'aubes en forme d'anneaux ou de plateaux qui sont reliés ensemble par des tôles élasti- ques.

   17.- Rotor refroidi de turbine à gaz suivant les revendications 3 et 16, caractérisé en ce que les tôles sont bombées vers l'extérieur ou vers l'intérieur.

   18. - Rotor refroidi de turbine à gaz suivant les revendications <Desc/Clms Page number 13> 16 et 17, caractérisé en ce que les tôles sont soudées à des saillies des plateaux ou des anneaux ayant approximativement la même épaisseur de paroi.

   19,-'Rotor refroidi de turbine à gaz suivant les revendications 16 et 17, caractérisé en ce que les tôles forment avec la couronne d'aubes directrices de forme appropriée un disposi- tif d'étanchéité radial à labyrinthe.

   20..- Rotor 'refroidi de turbine à gaz suivant la revendication 16, caractérisé en ce qu'entre les supports d'aubes,sont dispo- sés des anneaux de support qui sont reliés aux supports d'au- bes par des tôles élastiques.

   21.- Rotor refroidi de turbine à gaz, suivant les revendications 2 et 4, caractérisé en ce que les pièces de fond (2) sa ter- minent vers l'arbre par des tôles élastiques qui sont reliées à l'arbre.

   22.- Rotor refroidi de turbine à gaz suivant les revendications 2 et 5,'caractérisé en ce,que la liaison intérieure (36) pré- ' sente à une extrémité un élargissement élastique en forme d'entonnoir.

   23.-,Rotor refroidi de tirbine à gaz suivant les revendications 2 et 5, caractérisé en ce que la liaison intérieure des sur- faces de fond (2) est formée par des rubans (39) disposés en position centrée autour de l'axe de rotation et pourvue de poids (40).

   24.- Rotor refroidi de. turbine à gaz suivant les revendications 2 et 5, caractérisé en ce que la liaison intérieure des sur- faces de fond (2) consiste en un ancrage longitudinal (41), sollicité à la torsion en cas de plus fortes dilatations lon- gitudinales de la paroi périphérique (1). <Desc/Clms Page number 14>

   25. - Rotor refroidi de turbine à gaz suivant'la revendication 24, caractérisé en ce que la tête (42) de l'ancrage longitudinal (41) est dentée et s'engage dans une pièce conjuguée, égale- ment dentée, (43) reliée à une des surfaces de fond (2).

   26. - Rotor refroidi de turbine à gaz suivant la revendication 24, caractérisé en ce que l'ancrage longitudinal (41) est pourvu de conduits pour l'évacuation de la vapeur produite..

   27.- Rotor refroidi de turbine à gaz suivant la revendication 2, caractérisé en ce que pour décharger la surface périphérique (1), on a prévu une liaison hydraulique intérieure forcée.

   28. - Rotor refroidi de turbine à gaz suivant la revendication 27, caractérisé en ce que, pour transmettre des forces de pres- sion à la liaison intérieure, il est fait usage d'un plateau (47) qui est fixé à l'arbre (45) et qui est chargé''d'un côté par la pression de vapeur dans le cylindre creux et de l'au- tre côté par l'agent de refroidissement arrivant à peu près sans pression et mis sous pression seulement par projection centrifuge.

   29.- Rotor refroidi de turbine à gaz suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le refroidissement du rotor de turbine se fait suivant le principe de la chaudière tournante.

   30. - Rotor refroidi oe turbine à gaz suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moyen de conduits prévus dans l'ar- bre, l'agent de refroidissement est amené et la vapeur pro- duite à partir de celui-ci est évacuée.