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" Perfectionnements apportés aux aubages des turbinas ou analogues "
La présente invention est relative à des au- bages pour des rotors de turbines à gaz on autres ma- chines à anbes analogues et actionnées par ltéooulement d'un fluide et pour lesquelles la température de tra- vail des aubes constitue un facteur limitatif pour le fonctionnement de la machine.
Elle a pour but, surtout, de rendre ces aube- ges tels que leurs propriétés soient améliorées en ce qui oonoerne le refroidissement en faisant intervenir des moyens par lesquels la chaleur soustraite à l'aube
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proprement dite, quand celle-ci est soumise à la tem- pérature de travail, est efficacement trensmise à une autre partie du dispositifet qui agit comme un moyen dissipateur de chaleur.
L'invention a pour objet une turbine ou autre machine à aubes analogue et actionnée par l'écoulement d'un fluide et qui est destinée à fonctionner à une température élevée, plus spéoialement une turbine à gaz, comprenant des eubages de rotor pour lesquels che- que aube proprement dite, qui se trouve dans le oenel traversé par le fluide actif, est effeot ivement pro- longée par une partie qui se trouve ou s'étend effec- tivement au delà d'une paroi, délimitent ledit canal, jusque dans une zone plus froide, l'aube et son pro- longement, pour chaque eubage,
ayant en commun une ca- vité interne et fermée qui contient un réfrigérant ap- proprié et tel qu'il soit oonveotif aux conditions de fonctionnement et ladite cavité étant agencée de me- nière que le réfrigérant soit refoulé, per effet cen- trifuge, dans l'aube proprement dite, eu cours de 1' usage, l'agencement étant tel que, par suite des em- placements relatifs de l'aube et de son prolongement, de leur température différentielle et de la oentrifu- gation du réfrigérante on obtienne des conditions pour lesquelles une circulation oonveotive du réfrigérant se produit au. cours du fonctionnement.
En spécifient, dans ce qui précède, que le réfrigérant doit être oon- veotif, aux conditions du fonctionnement, on veut dire qu'il doit être ou doit devenir plus fluide en étant ainsi capable de s'écouler en circuit fermé, Suivant un mode de réalisation préféré on choisit le réfrigérant
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de manière qu'il puisse bouillir dans le corps de l' aube proprement dite et qu'il puisse se condenser dans son prolongement afin que l'on obtienne une circula- tion oonveotive du réfrigérant qui implique un cycle continu d'évaporation dansle corps de l'aube et de condensation dans son prolongement,
On admet que eu cours de l'usage,
le force centrifuge est prépondérante à l'action de la pesanteur pour déterminer l'emplaoement occupé par le réfrigé- rant dans se cavité et ceci constitue un facteur impor- tant pour que la production de le circulation oonveo- tive, que l'on veut obtenir, puisse se faire d'une ma- nière particulièrement efficace, comme expliqué plus amplement ci-après. Par conséquent et selon l'invention on établit le partie de la cavité, qui se trouve dans le prolongement en question, de manière qu'elle s'éten- de radialement dans le corps de l'aube proprement dite afin que le réfrigérant soit refoulé, par effet oen- trifuge, dans ledit corps eu cours du fonotionnement.
L'invention permet de satisfaire aux exigen- ces et elle s'applique plus particulièrement dans le cas du refroidissement des eubages d'un rotor d'une installation motrioe avec turbine à gaz axiale, cette installation comprenant un dispositif à compresseur axial, logé coexielement dans un disposit if à turbina axiale et pour laquelle on se sert d'eubeges doubles et combinés pour la turbine et pour le compresseur, la partie radiale interne de ces eubages ayant un pro- fil pour oompresseur et leur partie radiale externe un profil pour turbine.
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Le dessin oi-annexé montre, à titre d'ex- emple. nullement restrictif ou limitatif, un mode de réalisation de l'invention.
Les figs. 1 à 5, de ce dessin, montrent, res- pectivement en élévation, en vue en bout vers l'embase, en coupe longitudinale, en coupe transversale selon 4-4 fig. 3 et en coupe transversale selon 5-5 fig. 3, un aubege double et combiné par un compresseur et une turbine du type axial.
L'aubage comprend une embase 10, une aube 12, une cloison séparatrice 14 et une autre aube 13, tou- tes ces parties forment un ensemble intégral. L'em- base 10 comprend un prolongement 11 avec des fèces la- térales ondulées, nervurées ou dentellées à l'aide des- quelles elle peut être logée dans une rainure ou fente, de forme correspondante, ménagée dans le tambour, le moyeu ou le corps du rotor.
L'aube 12 a un profil et une inclinaison ap- propriés de manière à pouvoir faire partie d'une série d'aubages d'un compresseur axial. De même, l'aube 13 est agencée de manière qu'elle puisse faire partie d' une série d'aubages d'une turbine axiale.
Sur le fig.1 l'eubage double est vu suivent la direction axiale de l'ensemble turbine-compresseur cont il fait partie et sur le fig. 2 on e indiqué le sens de le rotation par la flèche R. Les flèches A et T in- diquent respectivement les sens d'écoulement de l'air et du gaz dans le compresseur et dans la turbine, l' eubage double de l'exemple montré étant destiné à un ensemble turbine-compresseur qui fonctionne selon le
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principe de contre-courant. Pour un ensemble pour le- quel les écoulements du fluide actif dans la turbine et dans le compresseur se fony dans le même sens, on a re- cours à un aubage double ayant une forme générale ana- logue à oelle indiquée sur le dessin mais pour lequel les inclinaisons des deux aubes 12 et 13 sont modifiées d'une manière appropriée.
Il est à noter que l'aube 13 de la turbine, pour l'aubage double montré, est décalée lors l'exté- rieur par rapport à l'aube 12 du compresseur (par rap- port à l'axe de rotation), Pour des raisons expliquées ci-après, cette disposition constitue un facteur im- portant pour le fonotionnement efficace d'un système de refroidissement établi selon l'invention.
L'aubage double est creux, comme visible sur les fige,, 3 à 5, et la cavité 15, ménagée dans cet au- bage, s'étend depuis son embase 10 jusqu'à son extré- mité libre où elle est fermée par un bouohoh 16. Cette cavité 15 est remplie, en partie, avec un réfrigérant approprié, pour des températures élevées, et qui est désigné par 17. Ce réfrigérant est introduit dans la cavité 15 au cours du montage de la machine avant le mise en place et la fixation définitive da bouchon 16.
Le réfrigérant 17, introduit dans la cavité 15, peut être du sodium métallique ou un sel approprié ayant un point de fusion relativement élevé comme celui qui sert à refroidir l'intérieur des soupapes d'échap- pement des moteurs à combustion interne à soupapes et à mouvement alternatif. La quantité du réfrigérant 17, que l'on utilise, doit être telle que lorsqu'il est
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froid et, par conséquent, à l'état solide, il occupe moins que la moitié du volume total de le cavité in- terne 15 de l'aubage double.
Quand l'aubage double et creux, tel que dé- orit ci-dessus, est montédans une machine complète et quand cella-ci est mise en marche, l'aube extérieure 13, réservée à le turbine, est fortement chauffée par les gaz qui viennent frapper cette aube et se tempéra- ture devient élevée.
Le chaleur est transmise vers l'axe de lote- tion de long de l'aubage à l'aube intérieur 12 et le température de celle-ci monte suffisamment pour faire fondre le sodium ou le sel, utilisé comme réfrigé- rant 17.
Celui-ci est alors projeté vers l'extérieur et par la force centrifuge jusqu'à l'extrémité externe de le cavité 15 où elle vient en contact conductif pour la chaleur avec les parois de l'aube externe 13 de la turbine, Quand la température du sodium ou du sel liqui- de augmente par la chaleur fournie, par conduction, par les parois chaudes de l'aube 13, le tension de va- peut augmente et le concentration de le vapeur, dans l'extrémité interne de le cavité 15, croît, cette va- peu*. étant en contact avec les parois de l'aube in- terne 12 du compresseur.
La chaleur, prélevée par le sodium ou le sel liquide eux parois de l'aube de la turbine est transférée, par le vapeur, aux parois de l'aube 12 du compresseurs Par suite de sa chaleur la- tente de vaporisation, le sodium ou sel liquide est capable de recueillir et de transférer une quantité Importante de chaleur pour un accroissement relativement
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faible de température, le transfert de la chaleur étant facilité par des courants de convection qui se produi- sent dans la phase liquide et dans le phase vapeur du réfrigérant et oelui-oi refroidit done l'aube chaude 13 de la turbine d'une manière très efficace et, en trans- férant la chaneur à l'aube 12, plus froide, du compres- seur,
il aide à réduire les différences de température dans la matière qui constitue l'aubage lui-même ce qui réduit à un minimum les tensions internes et les risques de détonnât ion.
La chaleur, dégagée par le s parois de l'aube 12, réservée au compresseur, par conduction ou rayon- nement, est entraînée par l'air qui traverse le oom- presseur et n'est donc pes entièrement perdue. Quand la turbine et le compresseur fonotionnent à contre-cou- rant, le transfert de la chaleur est, jusqu'à un car- tain degré, régénérât if .
Afin d'obtenir un équilibre parfait d'un rotor de turbine-oompresseur muni d'aubages, établis selon l'invention, il n'est pas seulement nécessaire que les aubes soient parfaitement équilibrées quand elle ne contiennent pas leur remplissage 17 constitué par le réfrigérant mais également que des poids exactement identiques du réfrigérant soient introduits dans les différents eubages. Il est également important que les cavités 15 desdivers eubages aient des dimensions bien précises afin que les centres de gravités des remplis- sages 17, quand ils sont liquides et refoulés, par le force oentrifuge, dans les extrémités externes des
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cavités 15 soient équidistants de l'axe de rotation.
Il est essentiel que lebouchons 16 so ient retenus d'une manière adéquate pour pouvoir résister à la forée centrifuge exercée par leremplissages li- quides 17.
On se rend compte, pour le dispositif tel que décrit en se référant au dessin ci-annexé, que l'aube interne 12 (compresseur)de l'aubage n'est, en principe, qu'un prolongement racial et vers l'intérieur de l'aube externe 13 de la turbine, ce prolongement se trouvent eu.delà des limites du canal ou conduit, con- tenant des gaz chauds et dans lequel l'aube 13 tra- vaille, au cours du fonctionnement, et dans une zone plus froide formée par le canal ou conduit du compres- seur dont le fonction de compression convient inoidem- ment au refroidissement qui est envisagé comme but principal de l'invention.
Il est également à noter, bien que l'invention ait été décrite pour son applica- tion à des aubages qui s'étendent radialement et vers l'extérieur à partir d'un rotor interne, que le néoes- sité fondamentale, dont on se sert conformément à l'in- vention en ce qui concerne les émplacements des diffé rentes parties intéressées, est que la cavité contenant le réfrigérant forme, pour le circulation du réfrigé- rant, un trajet qui comporte une composante prientée radialement vers l'extérieur depuis le prolongement plus froid d'une aube vers le corps de l'aube propre- ment dite.
Comme il va de soi et comme il résultedéjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement
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à celui de ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.
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1. Une turbine ou autre machine à aubes ana- logue et actionnée par l'éooulement d'un fluide et qui est destinée à fonctionner à une température élevée, plus spécialement une turbine à gaz, comprenant des au- bages de rotor pour lesquels chaque au.be proprement di- te, qui se trouve dans le canal traversé par le fluide actif, est effectivement prolongée par une partie qui se trouve ou s'étend effectivement:
au delà d'une paroi, délimitant ledit canal, jusque dans une zone plus froi-
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<1 ...,.'" '- l/ 1'7""- de, l al1.be et son prolongement, pour chaque aubage, ayant en commun une cavité interne et fermée qui oon- tient un réfrigérant approprié et tel qu'il soit oon- veotif aux conditions de fonctionnement et ladite ce- vité étant agencée de manière que le réfrigérant soit refoulé, par effet centrifuge, dans l'aube proprement dite, au cours de l'usage, l'agencement gtent tel que, par suite des emplacements relatifs de l'eube et de son prolongement, de leur température différentielle et de la oentrifugation du réfrigérante on obtienne des oondi- ,
tiens pour lesquelles une circulation convective du réfrigérant se produit au cours du fonctionnement.
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