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TURBINE A VAPEUR OU A GAZ.
La présente invention concerne une turbine à vapeur ou à gaz fonc- tionnant avec un surchauffage intermédiaire et dans laquelle la détente du fluide moteur a lieu avant le surchauffage intermédiaire et tout au moins partiellement après le surchauffage intermédiaire dans le même carter.
On a déjà construit des turbines à vapeur de ce genre, de la ma- nière indiquée sur la fig. 1 du dessin annexé. Dans cet agencement, la tu- bulure d'entrée 1 de la vapeur vive arrivant dans un premier groupe d'étages de détente 2, ainsi que la tubulure d'entrée 3 du courant du fluide moteur sortant du surchauffeur intermédiaire 5 et arrivant ensuite dans le groupe d'étages de détente 4, en aval de ce surchauffeur, sont prévues vers le mi- lieu du carter de turbine 6. L'écoulement sensiblement axiale dans les deux groupes d'étages 2 et 4 a lieu en partant du milieu vers les deux extrémités du carter 6,et la partie du fluide moteur ayant traversé le groupe d'étages 2 sort du carter par une tubulure 7, et passe ensuite par un conduit 8 dans le surchauffeur intermédiaire 5.
La partie du fluide moteur ayant traversé le groupe d'étages 4 sort par une tubulure 9 prévue à l'autre extrémité du carter 6.
L'agencement qui vient d'être décrit offre l'avantage que les températures du fluide moteur sont relativement faibles aux deux extrémités du carter 6, c'est-à-dire à proximité des paliers 10 et 11 portant l'arbre 12 de la turbine. De plus, il est possible d'éviter des joints d'étanchéité exposés à la pression et à la température de la vapeur vive. Par contre, cet agencement présente certains inconvénients. C'est ainsi que, pendant le réchauf- fage initial de la turbine, et pendant les variations de la charge imposée, les différences de températures se présentent essentiellement au milieu lon- gitudinal du carter, c'est-à-dire à la plus grande distance des paliers 10, 11 et des points d'appui du carter 6.
Celui-ci risque donc de se déformer sous l'action de ces différences de température, ce qui peut se traduire par un
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frottement du rotor dans les joints à labyrinthe au milieu du carter de tur- bine, c'est-à-dire précisément au point où l'étanchéité doit être assurée en- tre l'étage recevant la vapeur vive et 1?étage recevant le premier la vapeur sortant du surchauffeur intermédiaire. Etant donné -la grande distance entre les paliers, et en tenant compte du nombre de tours critique, la partie mé- diane de l'arbre de turbine reçoit en outre un diamètre relativement impor- tant, ce qui est défectueux en ce sens que le joint d'étanchéité doit être disposé en cet endroit pour assurer la séparation entre les deux pressions précitées.
Pour éviter cet inconvénient,dans une turbine à vapeur ou à gaz suivant l'invention la tubulure d'entrée de la partie du fluide moteur à dé- tendre dans un premier groupe d'étages de détente, en amont du surchauffeur intermédiaire, est prévue à une extrémité du carter de turbine, tandis que la tubulure d'entrée de la partie du fluide moteur à détendre dans un deu- ximème groupe'd'étages de détente, en aval du surchauffeur intermédiaire, est prévue à l'autre extrémité du carter. D'autre part, les tubulures de sortie des deux parties du courant de fluide moteur sont disposées entre les deux groupes d'étages de détente.
La fige 2 du dessin est une vue en élévation avec coupe axiale partielle d'un mode de réalisation d'une turbine de ce genre.
Sur cette fige 2, 20 désigne un premier groupe de cinq étages de détente et 21 m un deuxième groupe de quatre étages de détente d'une turbi- ne à vapeur. Le groupe d'étages 20 reçoit la vapeur vive à haute température d'une tubulure 22. Cette partie du fluide moteur ayant traversé le groupe 20 sensiblement dans la direction axiale sort de la turbine par une tubulure 23 et passe par un conduit 24 dans un surchauffeur intermédiaire 25. La partie du fluide moteur, portée dans ce surchauffeur à une température plus élevée, arrive par un conduit 26 et une tubulure 27 dans le deuxième groupe d'étages 21 qu'elle traverse dans une direction sensiblement axiale pour quitter la turbine par une tubulure 28. Les tubulures 23 et 28 sont séparées par une cloison commune 29.
Si on tient compte du sens d'écoulement indiqué par les flèches A, le groupe d'étages 20 est donc placé en amont et le groupe d'éta- ges 21 en aval du surchauffeur intermédiaire 25. D'autre part, la tubulure 22, par laquelle la vapeur vive arrive dans le groupe d'étages 20, est pré- vue à une extrémité du carter de turbine 30, tandis que la turbulure 27, par laquelle le fluide moteur sortant du surchauffeur. intermédiaire 25 arrive dans le groupe 21, est prévue à l'autre extrémité du carter 30. Pour compléter il convient d'indiquer que 31 et 32 désignent deux,paliers placés respectivement aux extrémités du carter 30 et destinés à porter l'arbre 33 de la turbine.
Dans cet agencement que montre la fig. 2, la vapeur vive et le fluide moteur sortant du surchauffeur intermédiaire 25 entrent respective- ment par une des extrémités du carter 30 de la turbine, tandis que les par- ties du fluide moteur, qui ont été détendues dans les groupes d'étages 20 et 21 et qui sont donc relativement froides, sortent de la turbine vers le milieu longitudinal du carter 30.
En cet endroit, les températures sont relative- ment basses, de sorte que le risque de déformation du carter entre les paliers 31 et 32 est faibli'. La partie de l'arbre 33 coopérant avec le joint d'étan- chéité à haute pression 34 ayant un diamètre relativement faible, les fuites restent faibles même sur le côté à haute pression de la turbine. De plus, les vitesses périphériques se présentant dans ce joint à haute pression 34 sont plus réduites que dans l'agencement que montre la fig. 1, ce qui permet de ménager dans ce joint des jeux plus faibles et de réduire ainsi les fuites sans qu'il en résulte une réduction de la sécurité de fonctionnement.
Cette réduction du jeu est également possible par le fait que le joint à haute pres- sion 34 est prévu à une extrémité de l'arbre de turbine, directement à cote du palier 31 où les décentrements éventuels du rotor sont de toute façon très inférieurs à ceux qui peuvent se présenter au milieu de l'arbre. Un autre a- vantage de cet agencement consiste en ce que la réduction du module d'élasti- cité par les hautes températures du fluide moteur ne peut se présenter qu'aux extrémités de l'arbre de turbine, de sorte que ce phénomène exerce sur le nom-
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bre de tours critique une action beaucoup plus faible que dans un agence- ment tel que le montre par exemple-la fige 1.
La vapeur sortant par la tubulure 28 peut subir une détente com- plémentaire dans d'autres étages non représentés. On peut également la faire arriver dans un appareil consommateur de chaleur, un condenseur, etc..
S'il est nécessaire de prévoir un palier de butée pour l'arbre de turbine, ce palier peut être avantageusement agencé sur le côté du carter correspondant à la tubulure d'entrée, par laquelle le fluide moteur arrive dans le premier groupe d'étages 20. En effet, étant donné la dilatation re- lativement rapide du rotor pendant la période de démarrage, les jeux axiaux - en soi petits sur le côté de l'entrée de l'aubage mobile de ce groupe-augmen- tent, ce qui contribue à améliorer la sécurité de fonctionnement.
Il est vrai que les jeux axiaux correspondants du groupe 21 sont simultanément réduits, ce qui ne présente cependant aucune importance capitale parce que la lon- gueur de l'aubage de ce groupe d'étages est déjà très grande, de sorte qu'il est possible, pendant l'établissement du projet de la turbine, de prévoir pour ce groupe des jeux axiaux relativement importants sans qu'il en résulte une diminution sensible du rendement. Pendant le fonctionnement, ces jeux peu- vent donc sans inconvénient subir une réduction.
Bien entendu, l'invention est également applicable au cas où le fluide moteur à détendre dans la turbine n'est pas la vapeur mais un fluide gazeux.
REVENDICATIONS:
1. - Turbine à vapeur ou à gaz fonctionnant avec un surchauffage intermédiaire et dans laquelle la détente du fluide moteur a lieu en amont du sur chauffage intermédiaire, et tout au moins partiellement en aval du surchauffage intermédiaire dans un même carter, caractérisée en ce que la tubulure d'entrée du fluide moteur arrivant dans un premier groupe d'étages de détente, en amont du surchauffeur intermédiaire, est prévue à une extré- mité du carter, tandis que la tubulure d'entrée de la partie du fluide mo- teur arrivant dans un deuxième groupe d'étages de détente, en aval du surchauf- feur intermédiaire, est prévue à l'autre extrémité de ce carter, les tubulures de sortie des deux parties du fluide moteur étant disposées entre les deux groupes d'étages de détente.
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STEAM OR GAS TURBINE.
The present invention relates to a steam or gas turbine operating with intermediate superheating and in which the expansion of the working fluid takes place before the intermediate superheating and at least partially after the intermediate superheating in the same casing.
Steam turbines of this kind have already been constructed in the manner shown in fig. 1 of the accompanying drawing. In this arrangement, the inlet pipe 1 for the live steam arriving in a first group of expansion stages 2, as well as the inlet pipe 3 for the flow of the working fluid leaving the intermediate superheater 5 and then arriving in the group of expansion stages 4, downstream of this superheater, are provided towards the middle of the turbine casing 6. The substantially axial flow in the two groups of stages 2 and 4 takes place from the middle towards the two ends of the casing 6, and the part of the working fluid which has passed through the group of stages 2 leaves the casing through a pipe 7, and then passes through a duct 8 into the intermediate superheater 5.
The part of the working fluid which has passed through the group of stages 4 exits via a pipe 9 provided at the other end of the housing 6.
The arrangement which has just been described offers the advantage that the temperatures of the working fluid are relatively low at the two ends of the housing 6, that is to say near the bearings 10 and 11 carrying the shaft 12 of the turbine. In addition, it is possible to avoid seals exposed to the pressure and temperature of live steam. On the other hand, this arrangement has certain drawbacks. Thus, during the initial heating of the turbine, and during the variations of the imposed load, the temperature differences appear essentially in the longitudinal middle of the casing, that is to say at the most long distance between the bearings 10, 11 and the bearing points of the housing 6.
The latter therefore risks deforming under the action of these temperature differences, which can result in a
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friction of the rotor in the labyrinth seals in the middle of the turbine housing, that is to say precisely at the point where the seal must be ensured between the stage receiving the live steam and the stage receiving the first the steam coming out of the intermediate superheater. Given the large distance between the bearings, and taking into account the critical number of revolutions, the middle part of the turbine shaft also receives a relatively large diameter, which is defective in that the seal must be placed in this location to ensure separation between the two aforementioned pressures.
To avoid this drawback, in a steam or gas turbine according to the invention, the inlet pipe for the part of the working fluid to be expanded in a first group of expansion stages, upstream of the intermediate superheater, is provided. at one end of the turbine casing, while the inlet pipe for the part of the working fluid to be expanded in a second group of expansion stages, downstream of the intermediate superheater, is provided at the other end of the crankcase. On the other hand, the outlet pipes of the two parts of the working fluid stream are arranged between the two groups of expansion stages.
Fig. 2 of the drawing is an elevational view with partial axial section of an embodiment of such a turbine.
In this figure 2, 20 designates a first group of five expansion stages and 21 m a second group of four expansion stages of a steam turbine. The group of stages 20 receives the live steam at high temperature from a pipe 22. This part of the working fluid having passed through the group 20 substantially in the axial direction leaves the turbine through a pipe 23 and passes through a duct 24 in a intermediate superheater 25. The part of the working fluid, brought in this superheater to a higher temperature, arrives via a duct 26 and a pipe 27 in the second group of stages 21 which it passes through in a substantially axial direction to leave the turbine by a pipe 28. The pipes 23 and 28 are separated by a common partition 29.
If we take into account the direction of flow indicated by the arrows A, the group of stages 20 is therefore placed upstream and the group of stages 21 downstream of the intermediate superheater 25. On the other hand, the pipe 22 , through which the live steam arrives in the group of stages 20, is provided at one end of the turbine housing 30, while the turbulure 27, through which the working fluid leaves the superheater. intermediate 25 arrives in group 21, is provided at the other end of the housing 30. To complete it should be indicated that 31 and 32 denote two bearings placed respectively at the ends of the housing 30 and intended to support the shaft 33 of the turbine.
In this arrangement shown in FIG. 2, the live steam and the working fluid leaving the intermediate superheater 25 enter respectively through one of the ends of the casing 30 of the turbine, while the parts of the working fluid, which have been expanded in the groups of stages 20 and 21 and which are therefore relatively cold, exit the turbine towards the longitudinal middle of the casing 30.
In this place, the temperatures are relatively low, so that the risk of deformation of the housing between the bearings 31 and 32 is reduced. Since the part of the shaft 33 cooperating with the high pressure seal 34 having a relatively small diameter, leakage remains low even on the high pressure side of the turbine. In addition, the peripheral speeds occurring in this high pressure seal 34 are lower than in the arrangement shown in FIG. 1, which makes it possible to provide smaller clearances in this seal and thus to reduce leaks without resulting in reduced operating safety.
This reduction in play is also possible by the fact that the high pressure seal 34 is provided at one end of the turbine shaft, directly next to the bearing 31 where the possible decentrings of the rotor are in any case much less than. those who can stand in the middle of the tree. Another advantage of this arrangement consists in that the reduction in the modulus of elasticity by the high temperatures of the working fluid can only occur at the ends of the turbine shaft, so that this phenomenon exerts on the name-
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bre of turns criticizes a much weaker action than in an arrangement such as shown for example - freeze 1.
The steam exiting through the pipe 28 may undergo additional expansion in other stages, not shown. It can also be made to arrive in a device consuming heat, a condenser, etc.
If it is necessary to provide a thrust bearing for the turbine shaft, this bearing can be advantageously arranged on the side of the housing corresponding to the inlet pipe, through which the working fluid arrives in the first group of stages. 20. In fact, given the relatively rapid expansion of the rotor during the start-up period, the axial clearances - in themselves small on the side of the entry of the movable blade of this group - increase, which helps to improve operational safety.
It is true that the corresponding axial clearances of group 21 are simultaneously reduced, which is however of no capital importance because the length of the blading of this group of stages is already very great, so that it is It is possible, during the preparation of the design of the turbine, to provide for this group of relatively large axial clearances without resulting in a significant reduction in efficiency. During operation, these clearances can therefore be reduced without inconvenience.
Of course, the invention is also applicable in the case where the working fluid to be expanded in the turbine is not steam but a gaseous fluid.
CLAIMS:
1. - Steam or gas turbine operating with intermediate overheating and in which the expansion of the working fluid takes place upstream of the intermediate overheating, and at least partially downstream of the intermediate overheating in the same casing, characterized in that the inlet pipe for the working fluid arriving in a first group of expansion stages, upstream of the intermediate superheater, is provided at one end of the casing, while the inlet pipe for the part of the driving fluid arriving in a second group of expansion stages, downstream of the intermediate superheater, is provided at the other end of this casing, the outlet pipes of the two parts of the working fluid being arranged between the two groups of pressure stages. relaxation.