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On connaît des aubes de turbines dites "hélicoïdales" dont l'angle d'inclinaison varie le long de l'aube, notamment sur le bord de sortie de la vapeur ou des gaz. Il est usuel de tordre ai.nsi en pale d'hélice des aubes longues, c'est-à-dire des aubes dont la longueur est supérieure au dixième du diamètre moyen de l'aubageo Le but est d'adapter l'angle d'inclinaison des aubes aux direc- tions d'écoulement qui se présentent le long de chaque aube en fonction des diffé- rentes vitesses périphériques, pour obtenir de cette manière de bons rendements.
Les principes connus, selon lesquels les aubes d'un étage de turbine sont tordues en hélice sont les suivants : la déviation tangentielle du fluide en circulation est d'autant plus faible-que la distance est plus grande par rap- port à l'axe du rotor, car le produit de cette déviation tangentielle multipliée par le rayon est constant le long de l'aubeo Il est donc nécessaire de construire les aubes en fonction de cette déviation tangentielle variable. Même en tenant compte de ce facteur on dispose encore d'une certaine liberté. Il est vrai que la loi de la déviation tangentielle fournit une information concernant la différen- ce entre les composantes tangentielles en amont et en aval de chaque couronne d'aubes mobiles, mais non pas au sujet des vitesses proprement dites.
On peut donc choisir librement l'une des deux vitesses, par exemple la vitesse de la vapeur à la sortie de la couronne d'aubes directrices et sa variation le long des aubes.
On peut même choisir librement dans une certaine mesure la composante axiale et sa variation le long de l'aubeo D'une façon générale, aucune raison n'impose un écart essentiel par rapport à la vitesse axiale constante le long de l'aube, mais ceci ne constitue pas une règle.
Pratiquement, on procède actuellement de préférence selon l'une des deux méthodes suivantes :
1 ) On choisit des angles de sortie constants pour les aubes directri- ces et les aubes mobiles. On adapte les angles d'entrée à la direction d'arrivée du fluide moteur, ou on utilise des aubes ne présentant aucune torsion hélicoïdale, mais dont le bord d'attaque est arrondi pour s'adapter aux différentes directions d'arrivée du fluide moteur.
2 ) On utilise des aubes tordues en hélice de façon que le produit de la vitesse tangentielle du fluide en circulation, multipliée par le rayon, reste constant le long de l'aube en aval de la couronne d'aubes directrices. Il en résulte que le produit de la vitesse tangentielle absolue, mul,tipliée par les rayons, reste également constant en aval de la couronne d'aubes mobiles. On dit alors que la circulation a lieu sans tourbillonnement. Elle offre l'avantage de se lais- ser déterminer d'une manière particulièrement facile par le calcul, et d'être débarrassée de certains courants secondaires.
Alors que l'angle de sortie reste constant le long des aubes dans le premier cas, cet angle de sortie augmente dans le deuxième cas de l'intérieur vers l'extérieur sur les aubes directrices, tandis que l'angle des aubes mobiles diminue.
L'invention a pour objet un aubage pour turbine à écoulement axial, dans lequel l'angle de sortie des aubes directrices diminue de l'intérieur vers l'extérieur, et (ou) l'angle de sortie des aubes mobiles augmente de l'intérieur vers l'extérieur.
Cette torsion en pale d'hélice opposée à la torsion usuelle semble absurde à première vue, et exige donc une justification. La diminution de chaleur ou d'enthalpie d'un étage se répartit uniformément ou non uniformément sur les couronnes d'aubes directrices et mobiles. Le rapport entre les deux fractions est essentiellement déterminé par le rapport entre les sections de passage des aubes de la couronne directrice et des aubes de la couronne mobile, et ces sections de passage dépendent à leur tour des angles de sortie des aubes. Par exemple, lors- que les deux sections de passage sont égales entre elles, la diminution de chaleur précitée est répartie par moitiés sur les deux couronnes d'aubes.
On désigne par
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taux de réaction le rapport entre la diminution de chaleur dans la couronne d'aubes directrices et la diminution de chaleur de l'étage. Ce taux de réaction est le plus souvent compris entre 0 et 1, et sa valeur s'établit au niveau de 0,5 dans le cas précité.
Or on a trouvé que le taux de réaction est très important pour certaines pertes d'énergie se présentant aux extrémités des aubes. Sur le pourtour extérieur il est nécessaire de prévoir un jeu radial entre les aubes mobiles ou entre le bandage entourant ces aubes mobiles et le support des aubes directrices.
Cet intervalle annulaire permet à la vapeur ou aux gaz de passer sans fournir un travail quelconque, et ce d'autant plus que la diminution de chaleur est plus importante dans la couronne d'aubes mobiles. Les aubes directrices ne présentent aucun jeu sur le pourtour extérieur et n'entraînent donc aucune perte. Il en ré- sulte qu'il est avantageux de prévoir une diminution de chaleur aussi grande que possible dans les autres directrices et aussi faible que possible dans les aubes mobiles, pour réduire le taux de réaction au minimum, ou même à zéro dans le cas extrême.
Les conditions sont opposées sur le pourtour intérieur. Il est néces- saire de prévoir un jeu radial entre les aubes directrices et le rotor mais non pas pour les aubes mobiles. Il est donc avantageux de réduire au minimum la diminution de chaleur dans les aubes directrices, c'est-à-dire d'obtenir un taux de réaction aussi grand que possible, allant jusqu'à l'unité dans le cas extrême.
Le taux de réaction resté à peu près constant le lpng des aubes lorsqu'il s'agit d'aubes non tordues en hélices. Dans les aubages formés par des aubes tordues de la manière usuelle, c'est-à-dire dont l'angle de sortie augmente de l'intérieur vers l'extérieur pour les aubes directrices tandis qu'il diminue pour les aubes mobiles, le taux de réaction augmente à son tour de l'intérieur vers l'extérieur, c'est-à-dire dans le sens opposé à celui qui est favorable aux pertes dans les intervalles. Lorsqu'on utilise des aubes tordues dans le sens op- posé à celui qui vient d'être indiqué, le taux de réaction diminue de l'intérieur vers l'extérieur et se modifie donc dans un sens favorable à la réduction des pertes dans les intervalles.
Le motif de la torsion des aubes n'est maintenant plus la différence entre les vitesses périphériques sur les différents diamètres, mais la réduction des pertes résultant des.fuites aux extrémités des aubes. Il est donc indiqué de tordre les aubes non seulement lorsqu'ellessont longues par rapport au diamè- tre, mais même lorsqu'elles sont courtes, par exemple lorsque leur longueur est inférieure au dixième du diamètre. L'avantage est même particulièrement important lorsqu'il s'agit d'aubes courtes parce que les pertes résultant des fuites, et qu'il s'agit de combattre, se manifestent plus fortement sur les aubes courtes que sur les aubes longues. Toutefois, les aubes ne doivent pas être trop courtes.
Dans le cas contraire, en effet, elles engendrent des déplacements du courant dans le sens' radial, et ces déplacements réduisent à zéro les modifi- cations désirées du taux de réaction. Le rapport entre la longueur et la largeur des aubes doit donc atteindre au moins la valeur de 1,5.
Le dessin, annexé montre schématiquement les aubes d'un étage, c'est- à-dire d'une couronne d'aubes directrices et d'une couronne d'aubes mobiles de l'aubage en question. La figo 1 est une vue en coupe longitudinale de ces deux couronnes dans un plan passant .par l'axe, tandis que la fig. 2 est une vue en coupe transversale de quelques aubes des deux couronnes suivant la ligne II-II de la fig. 1. La fige 3 est une vue en coupe transversale de ces aubes suivant la ligne III-III de la fige 1.
Sur la fige 1'du dessin, 1 désigne une partie du support des aubes directrices vu en coupe,.2 désigne une partie du rotor de la turbine vu en coupe, 3 est une aube directrice maintenue par son pied 4 dans le support des aubes di= rectrices. 5 est une aube mobile maintenue par son pied 6 dans le rotor. 7 dési- gne le bandage entourant l'extrémité intérieure des aubes directrices et présen-
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tant un jeu radial 8 par rapport au rotor. 9 est un bandage entourant l'extrémi- té extérieure des aubes mobiles et présentant un jeu radial 10 par rapport au support des aubes directrices. Les bandages prévus sur le dessin ne sont pas indispensables. Les extrémités des aubes, parfois taillées en arêtes aiguës, peu- vent être simplement espacées par rapport à la paroi opposée.
Les aubes directrices sont encore indiquées en 3 et les aubes mobiles en 5 sur les figures 2 et 3. En 11, 12, 13 et 14 sont indiqués les angles de sor- tie des aubes aux points correspondants. Selon.les indications de la description l'angle 11 est inférieur à l'angle 12, tandis que l'angle 13 est supérieur à l'angle 14. Il en résulte une réduction des pressions en amont des intervalles de fonctionnement 8 et 10, et une diminution des pertes engendrées par ces interval- les.