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"Turbine fonctionnant avec agent moteur chaud, principalement turbine à gaz"
Dans le réglage pendant lexploitation des turbines fonctionnant avec un agent moteur chaud, (turbines thermiques), surtout des turbines à gaz, c'est pour les raisons les plus diverses, selon la disposition donnée de l'installation de turbine, qu'il peut devenir nécessaire de varier d'une manière appropriée, soit la quantité d'avant moteur passant à travers la turbine, soit la chute de pression absorbée par la turbine, ou bien, la cas échéant, de maintenir ces quantités à des chiffres pratiquement constants contre tout changement qu'elles pourraient subir par suite des changements dans les conditions d'exploitation de l'installation.
Les propositions connues faites dans ce but, comme par exemple l'étranglement du courant d'agent moteur moyennant une soupape d'étranglement prévue quelque part dans l'installation, ou la dérivation d'une certaine quantité d'agent moteur de la turbine à travers une conduite de détour ou de soutirage, entraînent une diminution plus ou moins considérable du rendement ; éviter cette dimi- nution du rendement, la méthode se présentant, sur la base d'une considération simple, comme la plus convenable, est celle de rendre les aubes de la turbine réglables (orientables) et de les régler de façon à assurer le réglage qu'on se propose ;
assu- rer l'accessibilité, ce seront, notamment, les aubes station-
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naires qui seront soumises à un tel traitement. Notaient le déplacement angulaire des aubes provoquera un changement de l'angle d'attaque sous lequel le courant d'agent moteur frappe sur la surface des aubes, ce qui, en conséquence du changement de la résistance que la turbine offre au passage de ce courant, permet d'influencer également, selon la disposition de l'installation, soit la chute de pression de la turbine, soit la quantité d'agent moteur passant à travers la turbine, et ceci avec un rendement substantiellement plus élevé qu'avec les dispositions proposées.
Le réglage par déplacement angulaire des aubes stationnaires, ou du moins d'une partie constructive de ces aubes, effectué en conformité avec les variations dans les conditions d'exploitation est connu en soi, par exemple dans le domaine des turbines hydrauliques. Dans le cas des turbines thermiques, surtout des turbines à gaz, cependant, l'emploi d'aubes réglables est rendu très difficile par le fait que par suite de la température élevée de l'agent moteur, la lubréfaction des pivots des aubes et par conséquent le maintien d'une condition adaptée à l'exploita- tion et exempte du danger de grippage du mécanisme de réglage des aubes, ne peuvent pas être assurés.
Suivant l'invention, cette difficulté peut, comme en témoignent les résultats d'essais obtenus, être évitée d'une manière entièrement satisfaisante, en logeant les pivots du mécanisme de réglage dans des revêtements de coussinet en matière non métallique à action auto-lubrifiante, but pour lequel c'est surtout le charbon (par exemple le charbon de lampes à arc, le charbon à balais ou le graphite), pur ou mélangé avec des matières appropriées (par exemple avec des matières de liage, ou avec des matières augmentant l'effet lubri- f iant) qui se prête comme matière de base.
La Fig. 1 de la planche de dessins ci-annexée représente d'une manière schématique l'application de l'invention, par exemple, aux turbines à gaz, et la Fig. 2, un développement en plan des couronnes d'aubes d'une turbine à gaz munie d'aubes réglables selon l'invention, tamis que les Figs. 3, 4 et 5 représentent un; mode de réalisation, indiqué à titre d'exemple, du mécanisme pour le réglage des aubes.
L'installation de turbines à gaz selon la Fig. 1 comporte le compresseur rotatif 1 et la turbine à gaz 2, actionnant ce compresseur; cette dernière turbine, outre qu'elle actionne le compresseur, fournit aussi un travail utile. L'agent moteur frais (au cas d'un cycle de travail ouvert à l'air) débité par le compresseur 1 et comprime par ce compresseur à la pression
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finale nécessaire, passe à travers l'espace utile à haute pression de l'échangeur de chaleur à contre-courant 3, formant un accessoire non-indispensable de l'installation, et à travers la chambre de combustion 4 raccordée derrière cet espace, à la turbine à gaz, dans laquelle il se détend entièrement, pour s'écouler ensuite, après avoir passé à travers l'espace utile à basse pression de l'échangeur de chaleur 3,
à l'espace se trouvant sous la pression-limite inférieure du cycle de travail (au cas d'un cycle de travail ouvert à l'air libre). Dans l'échangeur de chaleur, l'agent moteur détendu transmet, de la manière connue, son contenu de chaleur encore utilisable à l'agent moteur frais comprimé, qui ensuite, après avoir subi un réchauffement ultérieur par la quantité de chaleur obtenue par la combustion d'une quantité de combustible dans la chambre de combustion 4, c'est-à-dire après avoir reçu une quantité de chaleur adaptée à la transformation partielle en travail, passe à la turbine à gaz.
Dans cette dernière, le réglage, adapté au but visé, des aubes de certaines couronnes d'aubes stationnaires, s'effectue, par exemple, au moyen du mécanisme qui sera décrit ci-après et représenté sur les Figs. 3-4, mécanisme dont seule la tige de déplacement 5 est représentée en Fig. 1.
Si, pour une raison quelconque, par exemple pour assurer que le nombre de tours reste approximativement constant, même en cas d'une charge variable, il est nécessaire qu'ensuite des modifications dans les conditions de travail, la quantité d'agent moteur passant par l'installation soit modifiée, ceci, conformément à ce quia été dit plus haut, peut s'effectuer, selon l'invention, en modifiant l'angle d'attaque des aubes stationnaires, ce but étant réalisé en modifiant l'angle d'orientation des aubes stationnaires.
Selon la Fig. 2, dans laquelle est représentée une couronne d'aubes stationnaires entre deux couronnes d'aubes se trouvant en rotation avec une vitesse u, on entend par angle d'orientation des aubes, l'angle [alpha] formé à l'entrée da la couronne d'aubes, sur le côté soumis à pression du profil des aubes, par la ligne de base g-g du profil et la direction périphérique,la ligne de base du profil pouvant se définir comme la ligne droite tracée de manière qu'elle soit tangente au cercle d'arrondi situé du côté d'entrée du profil de l'aube et qu'elle conduise à l'extrémité de ce profil située du côté de sortie, ou bien le cas échéant qu'elle soit tangente au cercle d'arrondi de cette dernière extrémité de profil, si le profil est arrondi à ce dernier endroit également;
au cas d'un
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profil d'aubes concave du côté sous pression de l'aube, cette ligne peut, vu que la différence qui se présente n'est qu'insigni- fiante, être simplement identifiée à la ligne droite appliquée au côté sous pression du profil. la diminution de cet angle d'orientation des aubes provoque,par suite de l'augmentation de l'angle d'attaque (et aussi de la résistance au passage qu'elle comporte), une diminution de la quantité d'agent moteur passant par la turbine, tandis que l'augmentation de l'angle d'orientation provoque une augmentation de la quantité d'agent moteur;
le réglage, en tant que celui-ci vise la modification, de la manière qui vient d'être indiquée, de la quantité d'agent moteur, peut donc s'effectuer avec réaction directe sur la quantité qu'on désire régler, d'une manière simple et efficace, sans influencer le rendement dans une mesure appréciable.
Le mécanisme pour le déplacement angulaire des aubes et le logement des pivots des aubes déplaçables est représenté dans une forme de réalisation indiquée à titre d'exemple, en section axiale en Fig. 3, et en section transversale en Fig. 4. Les aubes mobiles 6 sont fixées dans le rotor de la turbine, tandis que les aubes stationnaires 7 sont fixées dans la pièce de fonte du corps 8 de la turbine.
Ces dernières aubes sont logées au moyen de leurs pivots 9 dans des douilles (revêtements de coussinet) en cnarbon 10, montées dans des forages pratiqués dans la pièce de fonte du corps de la turbine et leur déplacement s'effectue au moyen des leviers de réglage 11 fixés aux extrémités extérieures libres des pivots, ces leviers de réglage engageant avec leurs extrémités cintrées dans le haut, ou (selon les figures ) avec les pivots 12 montés a leurs extrémités dans les rainures 14 da la douille de réglage 13, qui entourent la pièce en fonte du corps de la turbine.
La douille de réglage 15, en deux parties raccordées ensemble par des boulons, peut être déplacée à l' aide de la tige de commande 5 montrée en Fig. 1 également (ou bien, de préférence, au moyen d'au moins deux tiges de déplacement réparties uniformément sur un cercle) dans la direction des flèches m ou n., parallè- lement à l'axe de rotation de la turbine, ce qui aura pour conséquence que dans la direction de rotation correspondante à la direction de déplacement, les aubes stationnaires 7 seront aussi déplacées par l'intermédiaire des pivots 9 Tout le mécanisme de déplacement est, en outre, entouré par l'enveloppe extérieure (non représentée sur le dessin) de la pièce en fonte du corps de la turbine.
Les douilles 10 sont, pour faciliter leur montage, de préférence divisées dans leur sens longitudinal, de la manière
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qui se voit également aux dessins, et s'appuyent à leurs extrémités situées vers l'espace de travail de la turbine, pour augmenter l'étanchéité, sur les soles 16 des aubes stationnaires.
La tige de commande 5 peut, pour rendre le déplacement automatique, être mise en liaison de fonctionnement - par exemple par l'intermédiaire d'un servo-moteur ou d'un relais et d'un servomoteur - avec un organe (par exemple avec un manomètre, ou avec un régulateur de nombre de tours) réagissant sur un élément variant suivant les conditions d'exploitation de l'installation de turbine à gaz (par ex. sur la pression ou sur le nombre de tours), mais de préférence elle pourra aussi être actionnée - le cas échéant également au moyen d'un servomoteur - à la main.
Il va sans dire que le déplacement des aubes peut également s'effectuer, en dehors du mécanisme de réglage des aubes qui vient d'âtre décrit, au moyen de nombreux autres moyens mécaniques actionnés également à la main ou automatiquement. Le déplacement angulaire des aubes peut s'effectuer, conformément au but visé dans un cas donné, dans une ou plusieurs couronnes d'aubes stationnai- res, le cas échéant dans leur totalité, étant entendu que le réglage sera d'autant plus sensible et d'autant plus efficace,et en même temps présentera un rendement d'autant meilleur que le nombre de couronnes d'aubes munies d'aubes réglables est plus élevé.
Si c'est sur plusieurs ou sur toutes les couronnes d'aubes stationnaires que les aubes sont rendues déplaçables, il est aussi possible que le déplacement ne soit pas effectué dans toutes les couronnes simultanément ou dans une mesure égale, mais qu'il soit effectué, pour certaines raisons - pour lesquelles un exemple sera indiqué ci-après -d'une manière graduée. En outre, la turbine à gaz munie d'aubes réglables peut s'employer non seulement dans l'agencer:lent selon la Fig. l, mais aussi dans des installations de turbine à gaz d'une disposition différente.
Ainsi, par exemple, la turbine peut aussi être une des turbines d'une installation de turbine à gaz du genre dans lequel, différemment de l'installation selon la Fig. 1, il est prévu des "turbines pour actionnement de compresseur" et des "turbines de travail" séparées, raccordées entre elles en série ou en parallèle, pour effectuer, d'une part, le travail de la compression et, d'autre part, fournir du travail utile.
Dans de tels cas, ces turbines seront de préférence rendues mécaniquement indépendantes l'une de l'autre, pour assurer qu'au cas d'un réglage également, l'actionnement du compresseur puisse être effectué à un nombre de tours préférablement constant, et qu'en même temps le travail utile puisse être fourni, selon les
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conditions d'exploitation variables à des nombres de tours variant le cas échéant entre des limites de nombres de tours assez écartées.
Dans les installations de ce genre, il est naturellement aussi possible de prévoir plus d'une turbine pour actionner des coin- presseurs, ainsi que plus d'une turbine pour fournir du travail utile, et ces turbines pourront, dans le cas le plus général, être aussi raccordées les unes aux autres suivant une combinaison mixte de raccordement en série et en parallèle. Dans tous les cas, les turbines fournissant du travail utile, ainsi que celles actionnant des compresseurs pourront être réglées, d'une manière très avantageuse et efficace, de la manière décrite, pour varier soit la quantité d'agent moteur passant par elles, soit la chute de pression.
Si, par exemple, dans le cas de la turbine de l'installation selon la Fig. l, c'est par le déplacement angulaire des aubes stationnaires qu'on désire modifier la quantité d'agent moteur passant par la turbine (par exemple si le but visé est de diminuer la quantité d'agent moteur passant par la turbine en diminuant l'angle ci'orientation ci des aubes selon la Fig. 2),il sera pré- férable d'effectuer le déplacement des aubes de sorte que ce déplacement s'effectue, en première ligne ou dans une plus grande mesure, dans les étages à basse pression de la turbine.
Notamment, cet arrangement permet d'assurer facilement, non seulement qu'avec une charge allant en diminuant, la quantité d'agent moteur passée par la turbine diminue également, et qu'avec une charge croissante cette quantité s'accroisse, mais, qu'en même temps, on obtienne aubsi, en dépit du réglage, une distribution pratiquement uniforme. Sur la Fig.
5, une variante, adaptée a ce but, du mécanisme pour le déplacement angulaire des aubes est représenté d'une manière schématique, Selon ce schéma, la longueur des leviers de réglage diminue graduellement à partir des étages à haute pression vers ceux à basse pression, et en même temps l'angle qu'ils forment avec la direction de réglage également, diminue graduellement, de sorte que si la douille de réglais est déplacée, dans la direction axiale d'une distance h, la différence Aodes angles de réglage des aubes augmentera graduellement vers le côté de sortie de la turbine.
Si ce n'est pas dans toutes les couronnes d'aubes rendues stationnaires de la turbine que les aubes stationnaires sont réglables, l'arrangement des couronnes d'aubes réglables vers le côté de basse pression (coté de sortie) de la turbine, outre qu'il assure l'avantage qui vient d'être mentionné, c'est-à-dire
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l'uniformité pratique de la distribution par étages de la charge, offre aussi l'avantage supplémentaire que dans ces étages la température de l'agent moteur également se trouve réduite par suite, de la détente partielle qui a déjà eu lieu, et ainsi le danger d'un grippage entre les pivots et les revêtements de leurs coussinets se trouve réduit également.
Pour réduire davantage ce danger, on pourra d'ailleurs, le cas échéant, prévoir le refroi- diBsement du corps de la turbine de telle manière que les revêtements des coussinets des aubes, également, soient refroidis d'une manière efficace.
En dehors du charbon ou du graphite, on pourra aussi employer comme matière de base des revêtements de coussinet exempts de grippage des aubes réglables, d'autres matières non-métalliques, en premier lieu des oxydes de métaux (par exemple l'oxyde de zinc) obtenables à l'état finement divisé, matières qui - pareillement à l'emploi du graphite ou du charbon pulvérisé - seront, de préférence avec .'addition d'une matière de Pliage convenable, comprimées en blocs massifs adaptés pour en former des douilles de coussi- nets et qui, pour assurer un plus haut degré de cohésion intérieure, seront soumises, le cas échéant, à un traitement thermique dépendant de la nature de la matière.
Pour assurer les meilleures conditions de lubréfaction, on pourra lubrifier de temps en temps les coussinets au moyen de graisse, suif, huile lubrifiante ou stéatite, ou bien il sera aussi possible d'introduire d'avance la matière lubrifiante dans la matière du coussinet (par exemple par imprégnation), Une matière qui, grâce à son état solide, est très adaptée à ce but, est par exemple la stéatite, qui peut être .ménagée de différentes manières, par exemple dans des forages pratiqués dans le sens radial du revêtement de coussinet, ou bien dans des rainures disposées dans le sens axial du forage dans lequel le tourillon est guidé ;
est aussi possible, cependant, d'employer la matière de base mélangée avec de la stéatite pulvériséeo Très souvent, cependant, il suffit de frotter une seule fois le tourillon dont on désire assurer la lubréfaction avec de la stéatite.,,De cette manière, il est possible d'assurer la lubréfaction à un degré supérieur, dépassant l'effet auto-lubrifiant, et en général la lubréfaction - si en dernier lieu ou dans le cas le plus simpla, on compte purement sur l'effet auto-lubrifiant devient telle qu'elle n'est pas influencée d'une manière préjudiciable, pour la sûreté du service, par les températures élevées qui se présentent dans des turbines en travail.
Donc, il n'est pas possible qu'il se produise, faute de lubréfaction, des grip-
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pages aux hautes températures dont il s'agit, et ainsi le réglage des aubes, méthode extraordinairement avantageuse - comparée à d'autres méthodes de réglage - du point de vue du maintien d'un bon rendement d'exploitation réglée des turbines, peut être réalisé d'une manière satisfaisante sous tous les rapports.
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n L' V r. 1 1 1 (; A T 1 lv : -----------------------------
1. Turbine thermique, en particulier turbine à gaz, caractérisée par des aubes stationnaires reglables, dont les pivots sont supportés dans des revêtements de coussinets établis en une matière non-métallique ayant une action auto-lubrifiante.