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La présente Invention a pour objet un rotor pour turbines et com- presseurs qui se compose de plusieurs disques réunis les uns aux autres par soudure,et dont les disques voisins sont centrés par des couronnes concen- triques à l'axe de rotation et placées au voisinage de la soudureo
On sait que les rotors soudés de turbines et de compresseurs sont mis en péril en cours de fonctionnement parce que les divers disques du ro- tor se dilatent avec une intensité variable par suite d'un échauffement différent. Ces différences de dilatation se font remarquer particulièrement en direction radiale.
Dans les rotors de constructions connues, elles doivent être com- pensées par la courte partie de jonction placée entre les disques; cette partie, et surtout la ligne de soudure qui s'y trouve,, est soumise de ce fait à un Intense effort de flexion. Or les tensions de flexion conduisent plus facilement à la destruction de la soudure que les tensions de traction ou de pression par exemple.
Il a déjà été proposé de placer,, sur les surfaces voisines de deux disques,, à proximité de la soudure, des couronnes de centrage qui ser- vent non seulement au centrage mais encore à l'aide desquelles peuvent être transmises des forces de pression s'exerçant vers l'extérieur à partir du disque plus chaud., c'est-à-dire de celui qui se dilate le plus fortement, au disque voisin plus froid; de cette manière la soudure ne doit plus compenser que de faibles différences de dilatation. Pour pouvoir transmettre les forces de pression voulues$! il faut que la surface de centrage du dis- que plus chaud s'applique intérieurement en direction radiale contre la surface de centrage du disque plus froid.
Mais dans ces réalisations il n'est tenu compte que de la dilatation des disques lors de leur échauffement. Si un rotor soudé est en fonctionnement pendant assez longtemps, il se produit, par suite de la plasticité de la matière,, une déformation durable du fait de quoi les tensions thermiques disparaissent. Si l'on arrête alors le rotor, les disques plus chauds se contractent plus fortement que les disques plus froids.
Les surfaces de centrage s'écartent l'une de l'autre, il Intervient un décalage radial des pourtours des disques les uns par rapport aux autres et la ligne de soudure est soumise à un effort de flexion Intense.
Pour éviter ces Inconvénientsl'invention propose que les couronnes de centrage se trouvant entre deux disques présentent au moins deux paires de surfaces de pression superposées, dont une paire de surfaces transmet des composantes de force radiales d'un disque au disque voisin en sens inverse de l'autre paire de surfaces. Si.!) en particulier les couronnes de centrage sont fortement constituées$! une différence de dilatation entre les disques n'est possible ni lors de réchauffement ni lors du refroidissement. La mise en péril de la ligne de soudure est exclue. Les forces de déformation ne pourraient conduire qu'à un bombement des disques. Or cet état de déformation peut être facilement calculé d'avance, de telle sorte qu'on peut aussi tenir compte exactement des tensions qui Interviennent.
Il est avantageux dans bien des cas de pourvoir les couronnes se trouvant entre deux disques de quatre paires au moins de surfaces de pression superposées dont deux paires de surfaces transmettent d'un disque au disque voisin les composantes de force radiales en sens inverse des autres paires de surfaces. On sait qu'on donne de préférence aux disques de rotor une section transversale bien déterminée, afin qu'ils constituent un corps d'éga- le résistance pour les forces centrifuges qui interviennent. Afin que cette section transversale ne soit pas modifiée, il faut que les couronnes de centrage soient placées à l'extérieur sur le pourtour. La masse d'une couronne doit être rendue aussi petite que possible en raison des forces centrifuges additionnelles qui Interviennent.
Une certaine surface de pression est cependant nécessaire pour la transmission des forces qui interviennent.
Il est en outre défavorable que les tensions se produisant dans les couron-
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nes pendant la transmission de force pénètrent loin dans la section transversale qui est nécessaire à un corps d'égale résistance. Cette pénétration de tensions est possible au plus haut degré quand les forces sont transmises au moyen de deux paires de surfaces de pression seulement. Ces deux considérations conduisent dans bien des cas à prévoir un plus grand nombre de paires de surfaces de pression plus petites semblables à un enden- tement. Ainsi, d'une part la masse de la couronne diminue, et, d'autre part, la surface totale'transmettant les forces de pression est divisée en différentes surfaces partielles.
Les tensions partant des surfaces partielles rendues plus petites ne peuvent en conséquence pénétrer aussi profondément dans la matière constitutive des disques. La partie des disques située à l'intérieur du profil d'égale résistance est donc tout au plus soumise à un effort supplémentaire insignifiant par des tensions superposées.
Les surfaces de pression peuvent être placées sur les surfaces enveloppantes de cylindres concentriques à l'axe de rotation; elles peuvent aussi être situées sur les surfaces enveloppantes de cônes à angle au som-met aigu, concentriques à l'axe de rotation. Tandis que, dans le premier cas, les composantes de pression radiales sont directement transmises, il intervient dans le second cas, lors de la transmission de forces radiales, selon l'inclinaison de la surface enveloppante du cône, une faible composante de force axiale qui peut soumettre dans certains cas et dans une faible mesure la ligne de soudure à un effort de traction en direction axiale ; il ne peut pas en résulter de dommages.
En revanche, les parties d'une couronne limitées par des surfaces coniques ont l'avantage de posséder un plus grand moment de résistance en raison de leur forme et de pouvoir dériver les tensions sur une plus large surface de base.
D'autres détails ressortiront de la description de deux exemples d'exécution représentés sur le dessin. Fig. 1 représente un rotor soudé dans les couronnes se trouvant entre deux disques présentant deux paires de surfaces de pression situées chacune sur la surface enveloppante d'un cylindre ; et Fig. 2, un rotor dont les couronnes se trouvant entre deux disques présentent quatre paires de surfaces de pression situées chacune sur la surface enveloppante d'un cône à angle au sommet aigu.
Le rotor suivant Fig. 1 se compose de deux disques externes 1 et 2 qui servent à recevoir les extrémités d'un arbre et de disques intermédiaires 3, 4 et 5, qui portent les aubes 6 sur leur pourtour externe. Les différents disques sont réunis les uns aux autres par des lignes de soudure 7 dont les flancs sont soudés chacun avec un des disques, et la base avec une bague de recouvrement 8. Le contour d'un corps d'égale résistance est reporté en pointillé pour le disque 3. Les couronnes de centrage 9 et 10 viennent se placer contre ce profil. Les flancs des couronnes de centrage voisines de deux disques forment les paires de surfaces de pression superposées 11 et 12.
En fonctionnement, le disque 5 atteint la température la'plus élevée parce que l'agent de fonctionnement qui s'écoule à travers ses aubes présente la pression et la température les plus élevées. Le disque 3 atteint une plus basse température et se dilate moins intensément que le disque 4 et le disque 5. Pendant'l'échauffement donc, la paire de surfaces de pression 11 entre les disques 3 et 4 transmet une pression radiale vers l'extérieur du disque 4 au disque 3. De même, une pression radiale passe vers l' extérieur, du disque 5 au disque 4, également par l'intermédiaire d'une paire de surfaces de pression 11.
Dans le cas d'une durée de marche ininterrompue assez longue, il intervient une déformation durable de la matière par suite de la limite d'extension décroissante à très haute température et les tensions thermiques se composent. Au cours du refroidissement après arrêt de la turbine ou du compresseur, le disque 5 se contracte plus fortement que le disque 4. Une pression dirigée radialement vers l'intérieur est donc transmise du disque 5 au disque 4 par l'intermédiaire de la paire de surfaces de pression 12. De la même façon, la paire de surfaces de pression 12 trans-
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met du disque 4 au disque 3 une pression dirigée vers l'Intérieur.
La limite d'extension pour la faible température finale à l'arrêt possédant des valeurs si élevées que la matière ne peut plus se déformer plastiquement, l'état de tension imposé pendant le refroidissement subsiste dans le rotor, mais celul-ol redevient exempt de tension en cas de nouvel échauffement.
La Fige 2 représente un rotor qui coïncide dans toutes ses par- ties avec celui de la Fig. 1 et qui porte également les mêmes références, mais qui possède pour chaque disque quatre paires de surfaces de pression superposées 13, 14, 15 et 16 situées chacune sur la surface enveloppante d'un cône à angle au sommet aigu concentrique à l'axe de rotation. Lors de l'échauffement, une force de pression est transmise du disque plus chaud au disque plus froid par l'intermédiaire des paires de surfaces de pression 13 et 15, tandis que, lors du refroidissement,
une composante de pression passe du disque se contractant le plus fortement au disque voisin par l'in- termédiaire des paires de surfaces de pression 14 et 160
Des composantes de pression radiales sont également transmises d'une manière analogue des disques pourvus d'aubes 3 ou 5, respectivement aux disques externes 1 ou 2, ou Inversement.
Les exemples d'exécution figurés servent uniquement à expliquer l'objet de l'invention; ils peuvent être modifiés à volonté. Les deux disques externes 1 et 2 par exemple peuvent également porter des aubes, ou être totalement supprimés; les disques 3 et 5 devraient alors recevoir les extrémités de l'arbre. On pourrait à volonté prévoir aussi six, huit paires de surfaces ou davantage. Enfin, il est également possible d'employer un nombre impair de paires de surfaces° soit trois, cinq ou plus.
RESIME.
Rotor pour turbines et compresseurs composé de plusieurs disques réunis les uns aux autres par soudure, dont les disques voisins sont centrés par des couronnes concentriques à l'axe de rotation placées à proximité de la soudure, rotor caractérisé par les points suivants, séparément ou en com- binaisons :
1) Les couronnes se trouvant entre deux disques présentent au moins deux paires de surfaces de pression superposées dont une paire de surfaces transmet des composantes de force radiales d'un disque au disque voisin en sens Inverse de l'autre paire de surfacesa
2) Les couronnes se trouvant entre deux disques présentent au moins quatre paires de surfaces de pression superposées dont deux paires de surfaces transmettent des composantes de force radiales d'un disque à l' autre, en sens inverse des deux autres paires de surfaces
3) Les surfaces de pression sont placées sur les surfaces enveloppantes de cylindres concentriques à l'axe de rotation.
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