Turbine à vapeur. Cette invention est relative à une machine motrice à vapeur du type de la turbine à réaction. Dans cette machine, le rotor est en forme de disque muni d'anneaux disposés concéntriquement sur chacune de ses faces et comportant des aubes formées dans ces anneaux. Le stator comporte deux fiasques présentant des rainures pour recevoir les anneaux à aubes du rotor et formant à eux deux une boîte contenant le rotor. Des con duits de guidage à réaction sont formés dans les nervures annulaires ou anneaux séparant les rainures des fiasques du stator.
La tur bine est établie de façon que la vapeur tra verse successivement les diverses parties annulaires du rotor et du stator, les largeurs desdits conduits de guidage et des conduits entre les aubes s'élargissant progressivement de l'admission à l'échappement pour permettre l'expansion de la vapeur.
De préférence, la vapeur est admise péri- phériquement par des tuyères tangentielles disposées dans la partie périphérique du stator etréglées par des obturateurs à pointeau, et cette vapeur vient ainsi heurter les aubes motrices de l'anneau situé le plus à l'extérieur sur chaque face du rotor; elle passe ensuite par des conduits de guidage prévus dans les flasques du stator à l'intérieur dudit anneau à aubes, et ainsi de suite, successivement, par les conduits à aubes du rotor et les conduits de guidage des flasques du stator, l'échappement étant dérivé d'une chambre centrale qui entoure le moyeu du rotor et qui est enveloppée par les extrémités du stator.
La- vapeur pourrait aussi se mouvoir radiale- ment vers l'extérieur au lieu de se mouvoir radialement vers l'intérieur. Quand le rotor travaille sur ses deux faces, les poussées axiales sont équilibrées.
Dans le dessin annexé: La fig. 1 est une vue de côté d'un moteur établi suivant la présente invention; un quart du stator étant enlevé pour exposer la cons truction interne représentée en coupe; La fig. 2 est une coupe transversale de ce moteur.
Le stator est composé de deux sections ou flasques 10 et 11 montés sur des pieds de support 12 agencés pour être boulonnés sur une plaque de base<B>11011</B> représentée. Sa partie principale est circulaire et présente une ouverte centrale destinée à recevoir le coussi net de l'arbre 13.
La partie périphérique des deux flasques 10 et<B>11</B> est usinée et les deux flasques sont fixés l'un à l'autre par- des bou lons 1.4. 15 désigne des chambres à vapeur annulaires formées dans les parties périphé riques du stator. 1Ei désigne des obturateurs dont les tiges traversent des presse-étoupe 17 montés dans les parois du stator;
ces obtu rateurs coopèrent avec des sièges 18 aboutis sant aux tuyères d'injection de vapeur 19, chaque tuyère étant munie de son obturateur distinct<B>16</B> permettant de la régler. Tous les obturateurs peuvent être reliés entre eux de facon qu'on puisse les actionner pour qu'ils s'ouvrent plus oui moins et se ferment sinrul- tanéir)erit. 20 et 21 désignent des nervures annulaires prévues sur les faces internes des flasques du stator. Ces nervures pourraient aussi être constituées par des anneaux fixés titi stator.
Dans ces nervures sont formés les conduits de guidage 22 et 23. 24 désigne. des conduits de guidage analogues formés dans la nervure annulaire du stator située le plus à. l'intérieur. Pour faciliter la construction, les conduits de guidage 24 sont formés dans un anneau prévu sur la. partie périphérique 25 de disques de recouvrement 26 et noir dans titre nervure annulaire du stator. La partie centrale des disques 26 a la fourre d'une cuvette comme on le voit cri 27 et est pro longée latéralement de façon à constituer un coussinet 28 destiné à supporter l'arbre 13.
Ces parties formant moyeux des disques 26 sont embrassées par les extrémités du stator comme on le voit cri 29. 30 désigne une garniture d'étanchéité annulaire, 31 un presse- étoupe servant à comprimer la garniture 30 contre l'extrémité du coussinet 28 et 3\3 des boulons passant à travers la bride du presse- étoupe et se vissant dans le moyeu du stator. 33 désigne un anneau disposé périphérique ment entre les brides des deux sections du stator, les boulons 14 passant à travers l'assemblage de ces trois pièces.
Le rotor est coiriposi de deux disques 34 et 35 placés clos à dos et calés cri 36 sur l'arbre 13 sur lequel ils sont centrés à l'aide d'écrous 37. 38, 3 9 et 40 désignent des anneaux latéraux concentriques montés sur les disques 34 et 35<B>du</B> rotor. Dans ces anneaux sont formées des aubes motrices. Lesdits anneaux pourraient aussi être cour- posés d'aubes motrices assemblées et fixées aux parois des disques.
Ces anneaux à aubes sont situés entre les aubes de guidage 22, 23 et 24 que renferment les nervures annulaires du stator, le jeu entre les aubes mobiles et les aubes directrices étant réduit air minimum compatible avec un bon fonctionnement. Les chambres annulaires 41 reçoivent la vapeur épuisée qui sort par les conduits 24, et cette vapeur épuisée s'échappe par les deux tuyaux d'échappement latéraux 42.
Les tuyères 19 présentent un conduit conique allant cri s'élargissant comme on le voit cri 43 et sont dirigées tangentiellement vers la première: rangée. (externe) d'aubes motrices 38. Ces aubes sont assemblées étroite ment, c'est-à-dire que l'anneau est entièrement composé d'aubes ne laissant entre elles que des conduits de largeur juste suffisante pour permettre le libre passage de la vapeur cri pleine charge.
Les orifices des conduits 43 des tuyères sont sensiblement tangentiels par rapport à la périphérie de l'anneau à aubes et ont par conséquent une longueur- considé rable, cette longueur étant un peu supérieure à la longueur totale de deux aubes voisines et du conduit intermédiaire afin que le cou rant de vapeur puisse commencer à pénétrer dans un conduit quelconque avant que l'in terruption de: l'admission ait commencé dans le conduit pri'cédent. Il existe titi nombre considérable d'aubes et de conduits intermé diaires entre les tuyères successives;
ces aubes iilterniédiaires sont inactives. Les seules aubes qui travaillent sont celles qui, à l'instant envisagé, reçoivent la vapeur des tuyères correspondantes.
Les conduits de guidage des nervures annulaires 20 du stator sont disposés par paires à l'alignement radial des tuyères respectives, ces nervures 20 étant pleines entre lesdits conduits de guidage. Les aubes inactives de l'anneau de rotor 38 n'ont par conséquent pas de conduits de guidage au dessous d'elles. Les conduits de guidage des nervures annulaires 20 occupent des positions se rapportant uniquement aux aubes motrices travaillant à l'instant envisagé. La seconde rangée d'aubes motrices 39 est disposée d'une façon continue comme dans le cas des aubes de la rangée externe 38.
De même, les aubes de la troisième rângée 40 sont disposées suivant une série continue, mais les inter valles augmentent successivement entre les aubes des anneaux 39 et 40, respectivement. Les conduits de guidage des nervures annu laires 21 ont aussi une section transversale plus grande que les conduits de guidage 22 des nervures annulaires 20, et ces conduits sont situés radialementparrapport auxconduits 22 et aux tuyères 43.
Les parties pleines intermédiaires des nervures annulaires 21 sont par conséquent plus courtes que les parties pleines correspondantes des nervures 20, la disposition étant telle qu'on obtient (ni passage libre pour les courants sinueux de vapeur qui passent successivement entre les aubes et par les conduits de guidage.
L'anneau à conduits de guidage 24 situé le plus à l'intérieur pourrait être supprimé ou bien l'on pourrait introduire un autre anneau d'aubes motrices à l'intérieur de l'anneau à conduits de guidage 24; l'anneau à aubes situé le plus à l'intérieur n'est pas représenté sur le dessin. L'accroissement de volume de vapeur dû au fait que la vapeur se dilate dans le cours de son trajet à travers les conduits des aubes et les conduits de gui dage, est assuré non seulement par l'augmen tation de la longueur périphérique des conduits de guidage dans les rangées successives, niais, en outre, par l'accroissement progressif des largeurs des conduits, comme on le voit clairement à la fig. 2.
La même disposition constructive, sujette aux variations susceptibles d'être apportées aux sections transversales des conduits d'aubes et de guidage respectifs, peut être utilisée pour former un moteur centrifuge au lieu d'un moteur centripète comme dans l'exemple représenté. Dans ce cas, la vapeur serait admise dans les chambres annulaires 41 et passerait radialement vers l'extérieur par les conduits de guidage et les conduits d'aubes et pénétrerait finalement dans la chambre annulaire 15 d'où l'échappement serait dérivé. Dans cette construction, les tuyères 19 seraient supprimées et la commande serait effectuée par un robinet monté sur la tuyauterie de vapeur.
La construction du moteur est telle que les anneaux à aubes et les nervures de gui dage peuvent être usinés de façon précise -avec facilité, ce qui assure un ajustement précis assurant le minimum de fuite par les espaces libres. En disposant les aubes motrices d'une face du rotor pour la rotation dans un sens et les aubes motrices de l'autre face pour la rotation en sens inverse et inversant les conduits de guidage complémentaires du stator d'une façon correspondante, on peut faire travailler le moteur comme moteur réversible, la vapeur étant admise d'un côté pour la marche avant et de l'autre pour la marche arrière. Toutefois, dans cette disposition,
il se produira sur le rotor une poussée axiale ._ qui devra être supportée par un palier de . butée prévu sur l'arbre. Les poussées laté rales sont équilibrées dans la disposition représentée, de sorte qu'il ne s'exerce pas de poussée axiale sur le rotor ou sur l'arbre. Les aubes motrices du preaiïer anneau du rotor reçoivent le choc -de la vapeur des tuyères et travaillent par conséquent à la façon d'aubes d'action; la vapeur qui les quitte change de sens en passant par les conduits de guidage avant de pénétrer dans les aubes du second anneau du rotor, et ainsi de suite jusqu'à ce qu'elle ait atteint les chambres d'échappement 41.
Suivant- la pres sion de vapeur employée, le rotor peut com porter un nombre d'anneaux à aubes supé rieur ou inférieur à trois, le stator étant établi de façon correspondante. Uri avantage considérable (lu mode de construction décrit réside dans le fait que le montage et le démontage sont facilités, que le i,envei,sement peut être effectué plus facile ment que dans le cas des turbines du type cylindrique, et qu'un ajustage précis est rendu possible avec le minimum de dépense, étant donné que tout le travail d'ajustage est fait sur, le tour.
Les aubes du i-otoi- et les :tubes du stator peuvent être coulées d'une seule pièce avec les corps de ces organes et être finies d'une façon appropriée. La construction est i#obuste et la solidité des sti#uctur#es annu laires est telle qu'on peut adopter des pres sions élevées et atteindre des vitesses de notation élevées d'une facon sûre.
Des moyens sont prévus pour drainer l'eau de condensation de celui des côtés du moteur qui est inactif à l'instant envi sagé.
Les dimensions externes sont relativement faibles pour une production donnée.
En accouplant convenablement deux élé ments (un de ces éléments comprenant une des faces d'un rotor et un des flasques d'riri stator), on peut faire passer la vapeur à travers ces éléments en série. Dans l'exemple représenté, cette disposition cri série n'est pas employée, la vapeur vive arrivant simul tanément sur chaque face du rotor, la vapeur d'échappement s'échappant simultanément par les tuyaux d'échappement 42 prévus de chaque côté du moteur.
Steam turbine. This invention relates to a steam engine of the reaction turbine type. In this machine, the rotor is in the form of a disc provided with rings arranged concentrally on each of its faces and comprising blades formed in these rings. The stator has two flasks having grooves for receiving the rotor vane rings and together forming a box containing the rotor. Reaction guide ducts are formed in the annular ribs or rings separating the grooves of the stator flanges.
The turbine is established so that the steam passes successively through the various annular parts of the rotor and of the stator, the widths of said guide ducts and of the ducts between the blades gradually widening from the inlet to the exhaust to allow the expansion of steam.
Preferably, the steam is admitted peripherally through tangential nozzles arranged in the peripheral part of the stator and adjusted by needle shutters, and this steam thus strikes the drive vanes of the ring located outermost on each. rotor face; it then passes through guide ducts provided in the stator flanges inside said vane ring, and so on, successively, through the vane ducts of the rotor and the guide ducts of the stator flanges, the exhaust being derived from a central chamber which surrounds the rotor hub and which is enveloped by the ends of the stator.
The vapor could also move radially outward instead of moving radially inward. When the rotor works on both sides, the axial thrusts are balanced.
In the attached drawing: FIG. 1 is a side view of an engine constructed in accordance with the present invention; a quarter of the stator being removed to expose the internal construction shown in section; Fig. 2 is a cross section of this engine.
The stator is made up of two sections or flanges 10 and 11 mounted on support legs 12 arranged to be bolted to a base plate <B> 11011 </B> shown. Its main part is circular and has a central opening intended to receive the net cushion of the tree 13.
The peripheral part of the two flanges 10 and <B> 11 </B> is machined and the two flanges are fixed to each other by bolts 1.4. 15 denotes annular steam chambers formed in the peripheral parts of the stator. 1Ei designates shutters whose rods pass through stuffing-boxes 17 mounted in the walls of the stator;
these shutters cooperate with seats 18 leading to the steam injection nozzles 19, each nozzle being provided with its separate shutter <B> 16 </B> making it possible to adjust it. All the shutters can be connected together so that they can be actuated so that they open more or less and close simultaneously. 20 and 21 denote annular ribs provided on the internal faces of the stator flanges. These ribs could also be formed by rings fixed titi stator.
In these ribs are formed the guide conduits 22 and 23. 24 designates. similar guide ducts formed in the annular rib of the stator located furthest. inside. To facilitate construction, the guide conduits 24 are formed in a ring provided on the. peripheral part 25 of cover discs 26 and black in the annular rib of the stator. The central part of the discs 26 has the sleeve of a bowl as can be seen from cry 27 and is extended laterally so as to constitute a bearing 28 intended to support the shaft 13.
These hub parts of the disks 26 are embraced by the ends of the stator as seen in cry 29. 30 denotes an annular seal, 31 a stuffing box serving to compress the seal 30 against the end of the bushing 28 and 3 \ 3 bolts passing through the stuffing box flange and screwing into the stator hub. 33 denotes a ring disposed peripherally between the flanges of the two sections of the stator, the bolts 14 passing through the assembly of these three parts.
The rotor is coiriposi of two discs 34 and 35 placed closed to back and wedged cry 36 on the shaft 13 on which they are centered using nuts 37. 38, 3 9 and 40 denote concentric lateral rings mounted on the discs 34 and 35 <B> of the </B> rotor. In these rings are formed drive vanes. Said rings could also be fitted with drive vanes assembled and fixed to the walls of the discs.
These vane rings are located between the guide vanes 22, 23 and 24 which the annular ribs of the stator contain, the clearance between the mobile vanes and the guide vanes being reduced to a minimum compatible with good operation. The annular chambers 41 receive the exhausted vapor which leaves through the conduits 24, and this exhausted vapor escapes through the two side exhaust pipes 42.
The nozzles 19 have a conical duct going cry widening as seen cri 43 and are directed tangentially towards the first row. (outer) drive vanes 38. These vanes are closely assembled, that is to say the ring is entirely composed of vanes leaving between them only ducts of just sufficient width to allow the free passage of steam cry full load.
The orifices of the ducts 43 of the nozzles are substantially tangential with respect to the periphery of the vane ring and consequently have a considerable length, this length being a little greater than the total length of two neighboring vanes and of the intermediate duct in order to that the flow of vapor can begin to enter any duct before the interruption of the inlet has begun in the previous duct. There is a considerable number of vanes and intermediate ducts between the successive nozzles;
these intermediate vanes are inactive. The only blades which work are those which, at the instant considered, receive the vapor from the corresponding nozzles.
The guide ducts of the annular ribs 20 of the stator are arranged in pairs in the radial alignment of the respective nozzles, these ribs 20 being solid between said guide ducts. The inactive vanes of the rotor ring 38 therefore do not have guide ducts below them. The guide ducts of the annular ribs 20 occupy positions relating only to the drive blades working at the time envisaged. The second row of drive vanes 39 is arranged in a continuous fashion as in the case of the vanes of the outer row 38.
Likewise, the blades of the third cut 40 are arranged in a continuous series, but the intervals increase successively between the blades of the rings 39 and 40, respectively. The guide ducts of the annular ribs 21 also have a larger cross section than the guide ducts 22 of the annular ribs 20, and these ducts are located radially in relation to the ducts 22 and to the nozzles 43.
The intermediate solid parts of the annular ribs 21 are consequently shorter than the corresponding solid parts of the ribs 20, the arrangement being such that one obtains (neither free passage for the sinuous streams of vapor which pass successively between the blades and through the ducts guide.
The innermost guide duct ring 24 could be omitted or a further ring of drive vanes could be inserted inside the guide duct ring 24; the innermost paddle ring is not shown in the drawing. The increase in steam volume due to the fact that the steam expands in the course of its path through the ducts of the blades and the guide ducts, is ensured not only by the increase in the peripheral length of the ducts of guidance in successive rows, but, moreover, by the progressive increase in the widths of the ducts, as can be seen clearly in FIG. 2.
The same constructive arrangement, subject to the variations liable to be made to the cross sections of the respective blade and guide ducts, can be used to form a centrifugal motor instead of a centripetal motor as in the example shown. In this case, the vapor would be admitted into the annular chambers 41 and would pass radially outward through the guide ducts and the vane ducts and eventually enter the annular chamber 15 from which the exhaust would be derived. In this construction, the nozzles 19 would be omitted and the control would be effected by a valve mounted on the steam piping.
The construction of the engine is such that the paddle rings and guide ribs can be precisely machined with ease, ensuring a precise fit ensuring minimum leakage through clearances. By arranging the drive vanes on one side of the rotor for rotation in one direction and the drive vanes on the other side for rotation in the opposite direction and reversing the complementary guide ducts of the stator in a corresponding way, it is possible to make work the engine as a reversible engine, steam being admitted on one side for forward travel and on the other for reverse. However, in this provision,
an axial thrust will occur on the rotor ._ which must be supported by a bearing of. stop provided on the shaft. The lateral thrusts are balanced in the arrangement shown, so that no axial thrust is exerted on the rotor or on the shaft. The drive vanes of the first ring of the rotor receive the shock of the steam from the nozzles and therefore work like action vanes; the vapor which leaves them changes direction passing through the guide ducts before entering the vanes of the second ring of the rotor, and so on until it has reached the exhaust chambers 41.
Depending on the vapor pressure employed, the rotor may have a number of more or less than three vane rings, the stator being set up correspondingly. A considerable advantage (the method of construction described resides in the fact that assembly and disassembly are facilitated, that the installation can be carried out more easily than in the case of turbines of the cylindrical type, and that an adjustment precision is made possible with the minimum of expense, since all the adjustment work is done on the lathe.
The vanes of the i-otoi- and the stator tubes can be cast integrally with the bodies of these members and be finished in a suitable manner. The construction is heavy and the sturdiness of the annular sti # uctures is such that high pressures can be adopted and high scoring speeds achieved in a safe manner.
Means are provided for draining the condensation water from that on the sides of the engine which is inactive at the desired instant.
The external dimensions are relatively small for a given production.
By suitably coupling two elements (one of these elements comprising one of the faces of a rotor and one of the iri stator flanges), the vapor can be passed through these elements in series. In the example shown, this serial arrangement is not used, the live steam arriving simultaneously on each face of the rotor, the exhaust steam escaping simultaneously through the exhaust pipes 42 provided on each side of the engine. .