Turbine à vapeur. La présente invention se rapporte à une turbine à vapeur ayant au moins deux sec tions séparées dont l'une marche à vice, tan dis que l'autre fonctionne en ordre de charge. Une turbine de ce genre s'applique, par exemple, dans la marine où il y 'a une sec tion de turbine pour la marche avant et une autre section de turbine pour la marche ar rière sur un arbre (le propulsion.
Dans une turbine de ce genre, lorsqu'une section marche à vide et une autre en ordre (le charge, la section marchant à vide aura son élément mobile tournant clans un mi lieu relativement stagnant. Une quantité le travail assez considérable sera requise pour faire tourner l'élément mobile de' la section marchant à vide clans cette atmosphère stagnante, et comme il n'y a pas de pas sage de vapeur appréciable dans cette section de turbine libre, le travail absorbé par fric tion de la partie rotative et par déplace ment d'air fait monter la température<B>(le</B> l'atmosphère ambiante.
Comme la quantité de travail absorbée par friction de la par- tie rotative et par déplacement d'air est con sidérable, l'atmosphère clans laquelle la sec tion libre tourne peut être portée à une ten- pératuro tellement élevée que le fonctionne ment de la turbine soit mis en damer, soit par (les efforts sérieux dits à des différences de dilatation des parties internes et de l'en veloppe, soit,
par l'amenage des parties en foule (le la turbine à une température oâ la fonte foisonne et donne par suite lieu à (les déformations permanentes.
Cette invention a pour but d'empêcher, clans ce genre de turbine, que la section de turbine marchant à vide soit. portée à une température dangereuse pour la turbine. Dans ce but, la turbine à vapeur qui fait l'objet de: cette invention comporte un con duit (le détournement disposé pour amener (le la vapeur relativement froide à la section (le turbine marchant à. vide, afin d'empêcher que celle-ci soit. portée à une température dangereusement. élevée.
De préférence, ce conduit de détourne ment est monté à l'extérieur de l'enveloppe de turbine; mais il pourrait aussi être logé à l'intérieur de celle-ci.
Le conduit de détournement précité peul être pourvu d'une soupape de retenue per mettant à la vapeur de passer clans une di rection seulement à travers le conduit.
Dans bien (tes cas, la quantité de chaleur engendrée par friction des parties rotatives et par déplacement d'air est plus grande quand une section de turbine marche à vide que quand c'est l'autre section de turbine qui marche à vice. Ceci est vrai, par exem ple, dans les turbines de marine, où la sec tion rte turbine de marche avant produit une plus grance chaleur lorsqu'elle marche à vide que, dans les mêmes conditions, la sec tion de turbine de marche arrière lorsqu'elle marche à vide. Il est, par conséquent, avan tageux dans ces cas d'amener une plus grande quantité de vapeur de refroidisse ment à refroidir la section de marche avant que m'exige le refroidissement de la section de marche arrière dans les conditions de marche à vice.
La quantité de vapeur nécessaire au re froidissement de la section de turbine mar chant à vice peut être déterminée ou réglée par l'établissement de la section de passage voulue du conduit de détournement ou par une soupape à commande manuelle ou au tomatique intercalée dans celui-ci, ou bien le conduit de détournement peut être pour vu d'une soupape de retenue disposée pour s'ouvrir automatiquement lorsqu'une pres sion plus grande existe du côté de la sou pape d'où la vapeur doit être prise.
Le dessin schématique annexé repré sente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution (le l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre le schéma d'une turbine (le marine ayant une section de marche avant et une rection de marche arrière; Ia fig. 2 montre également le schéma d'une turbine de marine ayant une section de marche principale et une section de rarche en croisière; La fig. 3 montre le schéma d'une turbine à vapeur ayant une section à résistance à l'échappement et une section à haute pres sion, directement couplées ensemble.
En se référant à la fig. 1, la turbine re hrésentée par cette figure comporte une section de marche avant à haute pression 4 et une section de marche arrière à haute pression 5, une section de marche avant à basse pression 6 et une section de marche arrière à basse pression 7, les sections de turbine à haute pression ayant leurs parties actives dans une même enveloppe et les sec tions de turbine à basse pression ayant leurs parties actives clans une même enveloppe séparée de la première.
Le côté d'échappe nient de la section de marche avant- à haute pression 4 est relié par un tuyau 8 au côté d'admission de la section de marche avant à. basse pression 6 et, d'une manière simi laire, le côté d'échappement de la section de marche arrière à haute pression 5 est relié par un tuyau 9 au côté d'admission de la sec tion de marche arrière à basse pression 7.
La section de marche avant à haute pres sion 4 est reliée à la section de marche ar rière à haute pression 5 par un tuyau de dé tournement 10 pourvu d'une soupape i1 et. qui, lorsque la turbine fonctionne en marche -n avant et que les sections de marche arrière Ù. 7 tournent. à vicie, permet d'amener de la vapeur de la section de marche avant à haute pression 4 à la section de marche arrière à, haute pression 5, de là par le tuyau de con nexion 9 et la section de marche arrière à basse pression 7 à. l'entrée 12 d'un condenseur. La. soupape 11 peut.
être soit une soupape à commande manuelle qui est ouverte lorsque les sections de marche avant. de la turbine sont. en fonc tionnement., soit une soupape de retenue dis posée pour permettre à de la vapeur de pas ser do la section de marche avant '. à la section de marche arrière 5, mais non pas clans la direction opposée.
Pour que la sec tion de marche avant 4 de la turbine puisse être refroidie quand la section de marche arrière 5 est en fonctionnement et que 1e vaisseau marche en arrière, il y a un tuyau 7.3 reliant la section de marche arrière à haute pression 5 à un étage intermédiaire de la section de marche avant à haute Ares- sien 4. Un autre tuyau, 14, relie le côté échappement de la section de marche ar rière à haute pression 5 au tuyau 8 allant au côté admission de la section de marche avant à basse pression 6.
Les tuyaux 13 et i4 sont pourvus, respectivement, de sou papes 15 et 16 qui peuvent être du type à commande manuelle, auquel cas elles doi vent ètre ouvertes lorsque les sections de marche arrière de la turbine sont en fonc tionnement, ou du type à soupape de retenue permettant le passage de vapeur de la sec tion de marche arrière 5 aux sections (le marche avant 4 et 6. mais non pas clans la direction contraire.
Dans cette disposition, lorsque les sections de marche arrière de la turbine sont en fonctionnement de charge et qu'on désire refroidir les sections de marche avant 4, 6 tournant à vide, de la vapeur sera amenée à passer par les tuyaux 13, 14 respectivement dans les sections de marche avant à haute pression et à basse pression pour empêcher ces sections d'être portées à une température dangereusement élevée. Au lieu et place des ceux tuyaux 13, 14, un seul tuyau interconnectant les sec tions de marche arrière et de marche avant peut suffire pour fournir toute la vapeur nécessaire au refroidissement des sections de marche avant 4 et 6.
Dans certains cas, la quantité de vapeur le refroidissement peut être amenée des sec tions de marche avant aux sections le marche arrière, et vice-versa, en dépendance (le celles des sections qui travaillent, par l'intermédiaire d'un, tuyau exempt de sou pape, indiqué en 17. Quand cette connexion est employée, les points 18, 19 auxquels les extrémités du tuyau 17 se raccordent respec tivement aux sections (le marche arrière et de marche avant de la turbine sont choi sis (le telle manière que normalement la pression de vapeur existant en ces points soit telle qu'une plus grande quantité de vapeur sera amenée à passer des sections de marche arrière aux sections de marche avant quand la turbine fonctionne en marche arrière et que les sections de marche avant tournent à vicie, que quand les conditions inverses sont données, en supposant,
comme c'est d'ailleurs généralement le cas, que la fric tion les parties rotatives et le déplacement l'air les sections de marche avant sont plus grands que ceux des sections de marche ar rière de la turbine.
On remarquera qu'en fig. 1, la section de marche avant à haute pression 4 est sé parée de la section de marche arrière à haute pression 5 par une cloison séparatrice 20 avec un joint à fuite de vapeur 21 autour (le l'arbre 22 de la turbine. Dans ce cas, on peut se passer d'utiliser le tuyau de détour- nenent 10 pour faire passer de la vapeur de refroidissement de la section de marche avant fi aux sections de marche arrière 5, 7 quand ces dernières tournent à vide, en pre nant soin, toutefois, due la fuite de vapeur à travers le joint 21 de la section de marche avant à haute pression 4 soit suffisante polr refroidir la section de marche arrière correspondante tournant à vide.
Avec cette disposition, le joint 21 étant construit de telle façon que la fuite le vapeur par lui soit, suffisante seulement pour refroidir les sections de marche arrière plus petites de la turbine marchant à vide et non pas les sections (le marche avant à haute pression, plus puissantes, de la vapeur additionnelle nécessaire au refroidissement de ces derniè res tournant à vide est amenée par le tuyau 73.
La turbine le marine représentée @ la fig. 2 comporte une section principale ou de marche à pleine vitesse 23 et une section de marche cr croisière 24, les parties rota tives (les (feux sections étant montées sur le même arbre, mais à l'intérieur cl'enve- loppes < lislincle, 1r,_ais pouvant aussi être logées à.
Tintérieur d'une enveloppe com- n lune divisée par une cloison séparatrice, comme représenté. par exemple. clans la partie supérieure (le la fi-. 1.
En nnarche à pleine vitesse. la section principale 23 seule ment travaillera, mais en marche en croi- Bière ou à vitesse plus faible, les deux sec tions 23 et 24 seront actives, la vapeur, dans ces conditions, entrant d'abord dans la sec tion de marche en croisière 24 et passant ensuite à travers la section principale 23 à l'échappement 25 par l'intermédiaire du tuyau de connexion 26 à soupape conduisant de F'échappement de la section de marche en croisière 24 à l'entrée de la section prin cipale 23.
L'échappement de la section de marche en croisière 24 est aussi relié à un copdenseur (non représenté) par un tuyau à soupape 27 dont la soupape ne sera na turellement ouverte que quand la turbine de marche en croisière tourne à vide. Un fuyas clé détournement 28 relie un étage de la section de turbine principale 23 à l'entrée de la section de marche en croisière 24 et ce tuyau 28 comporte une soupape de re tenue 29 disposée pour ne permettre le pas sage clé vapeur à travers le tuyau 28 que lorsque la pression à l'entrée de la section de marche en croisière 24 est inférieure à celle régnant clans la section de turbine principale au point où s'embranche le tuyau 28.
Quand la turbine développe sa pleine vitesse et que la section de marche en croi sière tourne à vice, cette dernière sera re liée au condenseur en ouvrant la soupape 27 et sera disconnectée de l'entrée de la sec tion clé turbine principale 23 en fermante la soupape dans le tuyau 26, de sorte que de la valeur passera alors de la section de tur bine principale 23 à travers le tuyau 28 à la section de marche en croisière 24 pour le refroidissement rie celle-ci et de là au con- denseur. Cependant, quand la section de marche en croisière 24 travaille, la con nexion entre celle-ci et le condenseur sera interceptée par la fermeture de la soupape 27, et sa connexion avec l'entrée de la sec tion rie turbine principale 23 sera établie par le tuyau 26.
Dans ces conditions, les deux sections de la turbine seront actives, la va peur étant d'abord admise à la section de marcha en croisière 24 et passant ensuite par la section rie turbine principale 23. La soupape de retenue 29 disposée clans le tuyau 28 empêchera dans ces circonstances l'arrivée de toute vapeur par le tuyau 28 clans la section de turbine principale 23.
La fig. 3 représente schématiquement une disposition de turbine avec une section de turbine à haute pression 30 couplée directe ment avec une section clé turbine à résis tance à l'échappement 31. De cette section clé turbine à résistance à l'échappement la vapeur passe, comme c'est, communément le cas clans une turbine à résistance à l'échap pement, dans une conduite 34 pour être utilisée au chauffage ou à d'autres usages industriels, et cles circonstances peuvent sur venir clans lesquelles la section clé turbine à résistance à l'échappement 31 ne fournit pas de vapeur à ladite conduite, l'ensemble de la charge incombant à la section de tur bine à haute pression.
Dans ces circons tances, les aubes mobiles clé la section de turbine à résistance à l'échappement tour neraient dans une atmosphère stagnante et cette section de turbine pourrait être portée à une température indésirablement élevée. Pour éviter cet inconvénient, de la vapeur est amenée d'un étage intermédiaire de la section clé turbine à haute pression 30 par un tuyau 32 à soupape de retenue 33 à la section de turbine à résistance à l'échappe ment 31.
Quand la section de turbine à ré sistance à l'échappement tourne à vide et (tue de la vapeur de refroidissement ; es= amenée par ces moyens, la connexion entre l'échappement clé la section clé turbine à ré sistance à l'échappement 31 et la cnn.#lniio 34 sera interceptée au moyen clé la soupape de retenue 35 et l'échappement. clé la section de turbine à résistance à l'écliappenzent 31.
sera relié soit. à l'atmosphère, soit. préfé- rablement à un condenseur, qui sera ordi nairement le condenseur employé pour la section de turbine à. haute pression 30. La connexion entre l'échappement. (le la section clé turbine à résistance à l'échappement et le condenseur est, commandée par une sou pape 36 à. commande automatique.
La con.- mande automatique clé cette soupape est réalisée au moyen d'un piston 37 mobile clans une chambre cylindrique dans laquelle l'espace au-dessus du piston 37 est relié à la chambre à piston de commande d'un relais (non représenté) commandant l'admission de vapeur à la section de turbine à resis- tance à l'échappement et actionné, par l'effet de ce relais, à l'encontre du ressort 38 qui tend à déplacer le piston dans le sens con- iraire. Dans cette disposition, lorsque la sec tion de turbine à résistance à l'échappement 31 ne fournit aucune vapeur, ou seulement une très faible quantité, à la conduite 34,
les soupapes du relais se ferment et, par conséquent, la pression existant sous le pis ton de commande du relais deviendra zéro. Dans ces conditions, le ressort 38 sera à même de soulever le piston 37 de façon à produire l'ouverture de la soupape 36 pour relier l'échappement de la section de tur bine à résistance à l'échappement 31 au con- denseur par le moyen du tuyau 39.
Bien que le dessin annexé représente l'in vention pour des turbines à vapeur dont les sections comportent des disques à aubes, il est entendu que l'invention peut aussi s'ap pliquer à des turbines du type à tambour rotatif.
Steam turbine. The present invention relates to a steam turbine having at least two separate sections, one of which operates in reverse order, while the other operates in load order. Such a turbine is applicable, for example, in the navy where there is a turbine section for forward and another turbine section for reverse on a shaft (the propulsion.
In a turbine of this kind, when one section is running empty and another in order (load, the empty running section will have its moving element rotating in a relatively stagnant place. A considerable amount of work will be required to do this). rotate the movable element of the empty running section in this stagnant atmosphere, and as there is no appreciable steam pitch in this free turbine section, the work absorbed by friction of the rotating part and by The movement of air causes the temperature of the surrounding atmosphere to rise.
As the amount of work absorbed by friction of the rotating part and by displacement of air is considerable, the atmosphere in which the free section rotates can be brought to such a high temperature that the operation of the turbine either put in tamper, or by (the serious forces said to differences in expansion of the internal parts and of the casing, or,
by bringing the parts into a crowd (the turbine at a temperature where the cast iron abounds and consequently gives rise to (permanent deformations.
The object of this invention is to prevent, in this type of turbine, the turbine section running empty. brought to a temperature dangerous for the turbine. For this purpose, the steam turbine which is the object of this invention comprises a duct (the diversion arranged to bring (the relatively cold steam to the section (the turbine running at empty, in order to prevent that - either. brought to a dangerously high temperature.
Preferably, this diversion duct is mounted outside the turbine casing; but it could also be housed inside it.
The aforementioned bypass duct can be provided with a check valve allowing the vapor to pass in a direction only through the duct.
In many cases, the amount of heat generated by friction of the rotating parts and by displacement of air is greater when one section of the turbine is running empty than when the other section of the turbine is running in reverse. is true, for example, in marine turbines, where the forward turbine section produces more heat when running empty than, under the same conditions, the reverse turbine section when running idle. it is running empty. It is, therefore, advantageous in these cases to cause a greater quantity of cooling vapor to cool the forward section than the cooling of the reverse section requires in the conditions. from running to vice.
The quantity of steam required to cool the reverse-running turbine section can be determined or regulated by establishing the desired passage section of the bypass duct or by a manually or automatically controlled valve inserted therein. Here, or the bypass line may be seen from a check valve arranged to open automatically when a greater pressure exists on the side of the valve from which the steam is to be taken.
The attached schematic drawing represents, by way of example, several embodiments (the object of the invention.
Fig. 1 shows the diagram of a turbine (the marine having a forward section and a reverse section; Fig. 2 also shows the diagram of a marine turbine having a main section and a rare section in cruising Fig. 3 shows a schematic of a steam turbine having an exhaust resistance section and a high pressure section, directly coupled together.
Referring to fig. 1, the turbine shown in this figure has a high pressure forward section 4 and a high pressure reverse section 5, a low pressure forward section 6 and a low pressure reverse section 7, the high pressure turbine sections having their active parts in the same casing and the low pressure turbine sections having their active parts in the same casing separate from the first.
The exhaust side of the forward high pressure section 4 is connected by a pipe 8 to the inlet side of the forward section to. low pressure 6 and, similarly, the exhaust side of the high pressure reverse section 5 is connected by a pipe 9 to the intake side of the low pressure reverse section 7.
The high pressure forward section 4 is connected to the high pressure reverse section 5 by a bypass pipe 10 provided with a valve i1 and. which, when the turbine is running in forward -n and the reverse sections Ù. 7 are rotating. hot, allows steam to be brought from the high pressure forward section 4 to the high pressure reverse section 5, from there through the connection pipe 9 and the low pressure reverse section 7 to. input 12 of a condenser. The valve 11 can.
be either a manually operated valve that is opened when the sections run forward. of the turbine are. in operation, or a check valve arranged to allow steam to flow from the forward section. to reverse section 5, but not in the opposite direction.
So that the forward section 4 of the turbine can be cooled when the reverse section 5 is in operation and the vessel is in reverse, there is a 7.3 pipe connecting the reverse high pressure section 5 to a middle stage of the Ares- sian high forward section 4. Another pipe, 14, connects the exhaust side of the high pressure reverse section 5 to pipe 8 going to the intake side of the forward section at low pressure 6.
The pipes 13 and i4 are provided, respectively, with valves 15 and 16 which may be of the manually operated type, in which case they must be opened when the reverse sections of the turbine are in operation, or of the throttle type. check valve allowing steam to pass from reverse section 5 to sections (forward 4 and 6.) but not in the opposite direction.
In this arrangement, when the reverse gear sections of the turbine are in load operation and it is desired to cool the forward gear sections 4, 6 running empty, steam will be made to pass through the pipes 13, 14 respectively. in the high pressure and low pressure forward sections to prevent these sections from being brought to dangerously high temperature. Instead of those pipes 13, 14, a single pipe interconnecting the reverse and forward sections may suffice to supply all the steam necessary for cooling the forward sections 4 and 6.
In some cases, the quantity of steam cooling can be brought from the forward sections to the reverse sections, and vice versa, in dependence (the those of the working sections, by means of a free pipe valve, indicated at 17. When this connection is used, the points 18, 19 at which the ends of the pipe 17 connect respectively to the sections (the reverse and forward of the turbine are chosen (the way that normally the steam pressure existing at these points is such that a greater quantity of steam will be caused to pass from the reverse sections to the forward sections when the turbine is operating in reverse and the forward sections are running stuck. , that when the opposite conditions are given, assuming,
as is moreover generally the case, that the friction the rotating parts and the air displacement the forward sections are greater than those of the reverse sections of the turbine.
It will be noted that in fig. 1, the high pressure forward section 4 is separated from the high pressure reverse section 5 by a partition 20 with a vapor leak seal 21 around (the shaft 22 of the turbine. In this case, it is possible to dispense with the use of the bypass pipe 10 to pass cooling vapor from the forward section fi to the reverse sections 5, 7 when the latter are running empty, taking care However, due to the leakage of steam through the seal 21 of the high pressure forward section 4 is sufficient to cool the corresponding idle reverse section.
With this arrangement, the seal 21 being constructed in such a way that the vapor leakage through it is sufficient only to cool the smaller reverse sections of the idle turbine and not the sections (the high pressure forward , more powerful, additional steam necessary for cooling the latter running empty is brought through pipe 73.
The marine turbine shown in FIG. 2 has a main or full-speed running section 23 and a cruising section 24, the rotating parts (the (lights sections being mounted on the same shaft, but inside the envelopes <lislincle, 1r, _ais can also be accommodated at.
The interior of a common envelope divided by a dividing wall, as shown. for example. in the upper part (the la fi. 1.
In nnarche at full speed. main section 23 only will work, but when cruising or at slower speed, both sections 23 and 24 will be active, steam, under these conditions, entering the cruising section first. 24 and then passing through the main section 23 to the exhaust 25 via the valve connection pipe 26 leading from the exhaust of the cruising section 24 to the inlet of the main section 23.
The exhaust of the cruising section 24 is also connected to a copdensor (not shown) by a valve pipe 27, the valve of which will only be naturally open when the cruising turbine is idling. A diversion key fuyas 28 connects a stage of the main turbine section 23 to the inlet of the cruising section 24 and this pipe 28 comprises a retaining valve 29 arranged so as not to allow the wise passage of the steam key through the pipe 28 only when the pressure at the inlet of the cruising section 24 is lower than that prevailing in the main turbine section at the point where the pipe 28 branches.
When the turbine develops full speed and the cruising section turns vice versa, the latter will be connected to the condenser by opening valve 27 and will be disconnected from the inlet of the main turbine key section 23 by closing the condenser. valve in pipe 26, so that value will then pass from the main turbine section 23 through pipe 28 to the cruising section 24 for cooling there and from there to the condenser. However, when the cruising section 24 is working, the connection between it and the condenser will be intercepted by the closing of the valve 27, and its connection with the inlet of the main turbine section 23 will be established by the pipe 26.
Under these conditions, the two sections of the turbine will be active, the vapor being first admitted to the cruising section 24 and then passing through the main turbine section 23. The check valve 29 placed in the pipe 28 under these circumstances will prevent any steam from entering through pipe 28 into the main turbine section 23.
Fig. 3 schematically shows a turbine arrangement with a high pressure turbine section 30 coupled directly to an exhaust resistance turbine key section 31. From this exhaust resistance turbine key section the steam passes, as shown in FIG. This is commonly the case in an exhaust resistance turbine, in a conduit 34 for use in heating or other industrial uses, and circumstances may arise in which the exhaust resistance turbine key section. 'exhaust 31 does not supply steam to said pipe, all of the load falling on the high pressure turbine section.
In these circumstances, the moving vanes in the exhaust resistance turbine section would rotate in a stagnant atmosphere and this turbine section could be brought to an undesirably high temperature. To avoid this inconvenience, steam is supplied from an intermediate stage of the high pressure turbine key section 30 through a check valve pipe 32 33 to the exhaust resistance turbine section 31.
When the exhaust resistance turbine section is idling and (kills cooling vapor; es = supplied by these means, the connection between the exhaust key to the key exhaust resistance turbine section 31 and the cnn. # lniio 34 will be intercepted by means of the check valve 35 and the exhaust, key to the electromagnetic resistance turbine section 31.
will be connected either. to the atmosphere, either. preferably to a condenser, which will ordinarily be the condenser employed for the turbine section at. high pressure 30. The connection between the exhaust. (The exhaust resistance turbine and condenser key section is controlled by an automatically controlled valve 36.
The key automatic control of this valve is achieved by means of a piston 37 movable in a cylindrical chamber in which the space above the piston 37 is connected to the control piston chamber of a relay (not shown). ) controlling the admission of steam to the exhaust resistance turbine section and actuated by the effect of this relay against the spring 38 which tends to move the piston in the opposite direction . In this arrangement, when the exhaust resistance turbine section 31 provides no steam, or only a very small amount, to the pipe 34,
the relay valves close and therefore the pressure existing below the relay control valve will become zero. Under these conditions, the spring 38 will be able to lift the piston 37 so as to produce the opening of the valve 36 to connect the exhaust of the section of the exhaust resistance turbine section 31 to the condenser via the pipe means 39.
Although the accompanying drawing represents the invention for steam turbines the sections of which include paddle discs, it is understood that the invention can also be applied to turbines of the rotary drum type.