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EMI1.1
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"Etage de turbine"
La présente invention est relative à une forme de réalisation particuliére des étages de turbines avec diffu- seur en aval, en particulier pour les turbines à gaz. Leur
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forme de réalisation particulière consiste en ce que l'aubage directeur etles parois de la turbine, en amont eten aval du rotor sont faits de telle sorte et ont une direction telle que le fluide sous pression passe dans l'aubage du rotor en direction radiale-axiale, inclinée par rapport à l'axe,de la turbine, et que le diffuseur qui y fait suite comporte, au moins au voisinage de l'aubage du rotor des paroisallant en s'écartant l'une de l'autre vers l'extérieur et vers l'inté- rieur, ces parois comportant un axe de symétrie coincidant avec l'axe de la turbine.
La forme de réalisation peut encore être telle que l'arrivée du fluide sous pression à l'aubage de la turbine se fasse, à partir d'une chambre se trouvant à l'extérieur de cet aubage, au moyen d'aubes directrices sensiblement planes, disposées, transversalement à l'axe de la turbine, sensiblement en direction de la vitesse d'entrée absolue du fluide sous pression dans l'aubage du rotor.
La déviation du fluide sous pression dans la direction d'écoulement axiale- radiale de l'aubage du rotor peut s'effectuer alors par les parois latérales du carter du dispositif directeur, qui ont un rayon de courbure relativement grand, c'est-à-dire qui s'étendent principalement en direction radialeo Le carter d'entrée du fluide sous pression, comportant au moins un ca- nal peut, au moins en partie, être disposé radialement à l'extérieur da l'aubage du rotor. Les aubes directrices, disposées obliquement par rapport à l'axe de la turbine et
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sensiblement planes, peuvent arriver jusqu'au carter d'en- trée du fluide sous pression disposé radialement à l'exté- rieur de l'aubage du rotor.
Le fluide sous pression peut avoir,. dans ce carter, une direction d'écoulement tangenti'elle et les aubes directrices peuvent avoir une direction telle que le fluide sous pression passe dans l'aubage directeur sans pertes par choc. On obtient alors de résultat que le sens d'arrivée du fluide moteur dans le carter d'entrée est opposé;au sens de rotation de la turbine.
Sur le premier diffuseur peut être monté un autre diffuseur à axe rectiligne ou incurvé ou une pièce directrice tubulaire incurvée avec section de passage sensiblement con- stante. Dans ce dernier cas, le fluide sous pression peut passer ensuite dans un autre diffuseur à axe rectiligne.
L'aubage du rotor peut avoir une forme telle qu'en sortant de celui-ci, le fluide sous pression prenne une direction d'écoulement axiale par rapport à la turbine ou encore que le.fluide sous pression, à sa sortie de l'aubage de la ..tur- bine, présente, au moins sur son pourtour une composante d'é- coulement dirigée tangentiellement. Le carter d'entrée de la.turbine et le diffuseur de sortie peuvent être en une seqle pièce. Dans les turbines avec amenées des courants de fluide sous pression, séparés;:jusque dans les aubes direc- trices et parois de séparation correspondantes dans le car- ter d'entrée de la turbine, il peut y avoir également des parois de séparations correspondantes dans le diffuseur situé.
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en aval.
L'invention présente l'avantage que l'on peut avoir, dans un étage de la roue, de grandes chutes de pression et cela avec un bon rendement. Par rapport aux turbines alimen- tées axialement, le parcours du fluide sous pression est pro- longé dans l'aubage du rotor et également dans l'aubage di- recteur. En conséquence, il y a de plus grands rayons de courbure pour les déviations de fluide sous pression dans l'aubage de la turbine, d'où il résulte de plus petites par- tes par déviation, ou bien il est possible d'avoir de plus grandes vitesses de gaz dans de trop grandes pertes. Avec de* vitesses relatives élevées de fluide sous pression, les sections de passage des aubes du rotor sont plus petites, de même que la longueur des aubes, ce qui est extrêmement important avec des turbines travaillant avec des gaz chauds.
Il peut y avoir également des angles d'entrée et/ou de sor- tie plus grands dans l'aubage du rotor, ce qui réduit égale- ment les partes par déviation. L'objet de l'invention pré- sente également spécialement dans les turbines à gaz, le grand avantage que les températures du fluide sous pression, en passant dans le rotor, sont plus faibles que dans-'; le cas de turbines fonctionnant sans diffuseur situé en aval. Un mode de réalisation avec roue de turbine en porte à faux permet un guidage central du fluide sous pression et un gui- dage analogue dans le diffuseur. Les aubes directrices sen- siblement planes ne donnent pratiquement aucune perte par
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/ déviation dans le dispositif directeur et assurent un guidage correct du fluide sous pression jusqu'au rotor.
L'objet de l'invention permet, avec une vitesse d'ar- rivée du fluide sous pression relativement élevée, de dispo- ser le carter d'entrée de la turbine également à l'extérieur de l'étage de turbine en question, et on peut également avoir un plus petit diamètre extérieur pour ce carter que dans les autres formes de réalisation.
Lorsque le dispositif directeur disposé entre le car- ter d'entrée de la turbine et le rotor est sensiblement en forme d'U en section radiale et est muni d'aubes sensiblement planes disposées transversalement à l'axe de la turbine, on peut faire que la'turbine présente un sens de rotation oppo- sé au s'ens d'arrivée tangentiel dans le carter d'entrée de la turbine. Ceci peut être avantageux dans certains cas où un sens de rotation déterminé de la turbine et de la machine actionnée par elle par rapport au sens d'écoulement du fluide sous pression à son arrivée à la.turbine présente des avan- tages'.
L'invention est applicable dans les turbines à un ou à plusieurs étages et, dans ce dernier cas, elle peut être appliquée seulement au dernier étage. ceci pourrait également se air dans les turbines comportant plusieurs groupes de turbines. L'invention est applicable dans le cas de rouea de turbines portées des deux côtés aussi bien qu'en particulier, avec grand avantage, dans le cas de roues de turbines en porte
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à faux.
On a représenté l'objet de l'invention sur les des- sins annexés dans lesquels:
La figure 1 représente un exemple de réalisation par- ticulier, en coupe axiale suivant la ligne I-I de la figure 2.
La figure 2 estune vue de face suivant la ligne II-II de la figure 1.
Les figures 3,4 et 5 sont des vues extérieures de différentes variantes en regardant par le côté d'entrée de la turbine.
La figure 6 est une coupe axiale partielle d'une autre variante.
La figure 7 est un développement de l'aubage d'en- trée de la turbine et du rotor de la turbine de la figure 6.
Les figures 8 à 12 représentent, en particulier, différentes formes de réalisation de roues directrices d'une turbine selon l'invention, en coupe, en vue extérieure et en représentation axonométrique.
Sur les figures 1 et 2, ont voit la roue 1 de la tur- bine et les aubes 2 qui y sont fixées. Conformément à l'in- vention, ces aubes 2 présentent un sens d'écoulement radial- axial, incliné par rapport à l'axe de la turbine et la sor- tie de la turbine se fait en sens contraire de clui de la ma- chine actionnée par elle. Le dispositif directeur 3 est muni d'aubes 4 et le carter d'entrée 5 de la turbine comporte des tubulures d'entrée 6,7 et 8 qui sont disposées, par exemple,
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parallélement à l'axe. Le diffuseur 9, placé en aval du rotor 2, comporte des parois intérieures et extérieures con- stituées par des surfaces coniques 12 et 14 dont l'axe de symétrie coincide avec l'axe de la turbine.
Une pièce tubu- laire courbe 10 se raccorde au diffuseur 9 et présente une section sensihlement constante, 11 est le diffuseur de sor- tie. Le diffuseur 9 est limité intérieurement par le corps conique 12 qui est relié, par des parois 13 à la paroi ex- térieure 14 du diffuseur. Lorsqu'il y a par exemple trois entrées de turbines distinctes 6,7 et 8, comme celà est représenté, l'arrivée du fluide sous pression aux aubes di- rectrices 4 se fait par trois chambrés ,'.en spirale distinc- tes 15, 16 et 17.
Après le rotor 1, il peut y avoir égale- ment, comme représenté, une séparation correspondante au moyen de trois parois 13 qui commencent dans le diffuseur 9 et peuvent se prolonger par les parois 13' jusqu'à l'ex- trémité du diffuseur 11 situé en aval, de sorte que les trois courants de fluide circulent séparément dans tout le carter de la turbine, depuis l'entrée jusqu'à la sortie. Le diffuseur de sortie 11' peut également, comme cela est re- présenté en trait mixte, être monté directement et avec un axe rectiligne, sur le diffuseur 9 situé en aval du rotor.
Dans l'exemple représenté, la turbine actionne le rotor 18 d'une soufflante qui refoule son fluide sous pres- sion dans un carter collecteur 19. Le rotor 1 de la turbine ainsi que le rotor 18 de la soufflante sont portés par un
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support à palier 20.
La figure 3 représente, en vue extérieure, une tur- bine selon la figure 1. On y voit les tubulures d'entrée 6, 7 et 8, les canaux d'arrivée en spirale 15,16 et17 au dispositif directeur, le coude 10 qui suit le premier diffu- seur 9 et le diffuseur de sortie 11 qui va à l'extérieur, radialement, entre les tubulures 7 et 8.
La figure 4 représente de même une turbine selon l'invention avec deux entrées 6 et 7 dirigées suivant l'axe et deux spirales d'arrivée 15 et 16. On voit également le coude 10 et le diffuseur 11 situé en aval de la sortie du fluide sous pression.
La figure 5 représente une turbine avec.deux entrées tangentielles pour le fluide sous pression 6 et 7 et deux spirales d'entrée 15 et 16. Le diffuseur de sortie 11 est, dans cette forme de réalisation, disposé obliquement.
Les figures 6 et 7 représentent une variante dans laquelle les aubes directrices 4 sont faites et disposées sous forme de surfaces sensiblement planes, inclinées sur l'axe de la turbine, et dirigées de façon telle qu'elles donnent au fluide sous pression à l'entrée dans le rotor la direction d'entrée absolue, ceci ressort clairement en particulier de la figure 7. La déviation du fluide sous pression, à la sortie de la chambre 5, qui se trouve à l'extérieur du rotor, se fait au moyen des parois doucement incurvées 21 et 22 des parois de carter 23 et 24 se trouvant
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à l'entrée de la turbine.
Grâce à cette forme de réalisation, il n'y a que de faibles pertes par déviation dans le disposi- tif directeur et la direction d'entrée correcte dans le rotor est 1 'donnée par les aubes directrices. Les aubes 4 peuvent être montées ou venues de coulée dans les parties 23 et/ou
24 du carter. Elles peuvent aussi ne se trouver que d'un côté-.
Le bourrelet anhulaire 23 peut être une pièce spéciale ou peut être fait en une seule pièce avec une partie du carter d'entrée. La partie 24 peut être également une pièce distincte, comme cela est représenté sur la figure 6, ou être en une seule pièce avec la pièce 25. Les pièces 24 et. 25 peuvent être en deux parties par exemple divisées suivant un plan passant par l'axe de la turbine.
La turbine, disposée verticalement, de la figure 6 ne comporte qu'une seule arrivée 6 pour le fluide moteur. Ce- lui-ci pénètre tangentiellement par rapport à l'axe de la turbine et il est conduit, sur tout le pourtour du dispositif directeur 3, par un carter 5 se rétrécissant en spirale en section transversale. Les aubes directrices 4 sont limitées extérieurement parallèlement à l'axe. Elles peuvent cependant être plus longues ou plus courtes.
Le diffuseur 9, avec ses parois coniques 12 et 14 et ses nervures de support 13, se prolonge pa un diffuseur 11' ayant même axe. Dans le diffuseur 11', il peut y avoir encore, par exemple en son milieu, une pièce de remplissage 11" qui est mobile axialement sur la tige 11"'. Cette pièce de rem-
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plissage peut être extérieurement de forme conique. En modi- fiant la position de cette pièce, on peut modifier la gran- deur des sections d'écoulement disponibles pour le fluide sous pression et, par suite, l'action du diffuseur 11'. De cette façon, on peut obtenir, dans ce diffuseur, la trans- formation la plus favorable de la vitesse en pression, sui- vant les quantités de fluide sous pression passant dans la turbine. Ceci est particulièrement essentiel dans la zone des grandes vitesses.
La figure 8 est une vue axiale de la partie de car- ter 24 en regardant dans la direction de la flèche III de la figure 6, on voit les arêtes des aubes directrices 4 à la sortie du côté du rotor. En arrière du bourrelet 23, les aubes 4 sont représentées en pointillé. Dans cette forme de réalisation, leurs arêtes d'entrée vont presque jusqu'au pourtour extérieur de ce bourrelet. La direction. d'entrée du gaz est indiquée par les flèches 26. Comme on le voit sur la figure 8, les aubes directrices 4 sont inclinées par rapport au rayon.
La figure 9 représente un aubage analogue, avec cette seule différence que les aubes directrices 4 ont une direction radiale à leur sortie du côté du rotor.
Sur la figure 10, on a représenté, en coupe axiale, un dispositif directeur dans lequel les aubes directrices 4, aussi bien à l'entrée qu'à la sortie, se terminent dans le même plan radial. Ce plan esten même temps le plan de
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séparation des parties 5 et 24 du carter.
La figure 11 représente axonométriquement l'aubage de la figure 10. On y voit les aubes planes 4. Elles ont ' une forme en fer à cheval. Les arêtes d'entrée ainsi que celles.de sortie de ces aubes sont irigées radialement; elles peuvent cependant être inclinées par rapport au layon.
A l'extrémité de sortie 27, ces aubes présentent l'angle d'entrée nécessaire pour alimenter sans choc le rotor.
L'angle de sortie peut, comme le montre la figure 12, être plus aigu que l'angle d'entrée. Cela est représenté sur la!figure 12, par les hachures.