Turbine réversible à fluide gazeux. L'objet de la présente invention est une turbine réversible à fluide gazeux, telle qu'une turbine à vapeur à grande vitesse, qui comporte deux rotors coaxiaux possédant cha cun au moins deux séries d'aubages annulai res parallèles à l'arbre et solidaires chacun d'un disque, les aubes de chacune de ces sé ries alternant avec celles d'une série da l'au tre rotor, lesdits rotors tournant, sous l'effet de la pression du fluide, en sens contraires, les organes tournant dans un sens étant soli daires d'un arbre central unique, les autres;
tournant en sens inverse, l'étant d'organes creux accouplés audit arbre au moyen d'en grenages, les efforts axiaux s'équilibrant mu tuellement dans chaque rotor, et les aubages ainsi que les joints étant munis de chicanes en labyrinthes, et les aubes étant reliées par des parois minces à des supports annulaires n'ayant avec les disques que des surfaces de contact relativement faibles.
Le but de ces dispositifs est d'obtenir deux organes moteurs tournant en sens in verses l'un de l'autre, sur l'un ou l'autre des quels on puisse embrayer à volonté un organe mû, dont on peut, par conséquent, renverser le sens-de marche (turbine réversible). L'équi librage parfait des poussées axiales des deux rotors peut être réalisé facilement, grâce à la disposition .coaxiale de ces derniers; il en est de même des joints sous pression spéciaux qui seront décrits; des joints semblables, existant dans les aubages, en limitent les fuites et assurent un bon rendement;
enfin le genre d'attache cité ci-dessus des aubages aux or ganes qui les portent est destiné à réaliser la sécurité de marche malgré les fortes variations de température auxquelles la matière est soumise.
Le dessin annexé représente une forme d'exécution d'une turbine à vapeur réversible à grande vitesse, donnée à titre d'exemple, de l'invention.
Fig. 1 est une demi-coupe longitudinale de la turbine; Fig. 2 est une même coupe longitudinale partielle, mais à grande échelle, des aubes et des parties auxquelles elles sont fixées; Fig. 3 est une coupe transversale de ces mêmes pièces selon A-B de fig. 2, et Fig. 4 est une coupe à grande échelle également, d'un joint sous pression.
. Dans ces figures, 10-est l'arbre principal de la turbine; sur la partie médiane de cet arbre sont clavetés deux disques Il) et 13 et à l'extrémité figurée à gauche sur le dessin une roue d'engrenage conique 14; l'autre ex trémité porte des dents 16 destinées à entrer en prise avec celles 161 d'un demi-manclion d'accouplement 1.51; ce dernier peut glisser sur l'extrémité d'un arbre 211 qu'il entraîne au moyen d'une clavette. Les deux disques 1.2 et 13 portent des séries d'auba;ges 34 et 38, ainsi que des joints de vapeur en labyrinthe qui seront décrit plus loin d'une façon détaillée.
Ces divers organes constituent les parties essentielles d'un premier système rotatif qui sera désigné dans la suite par "rotor intérieur". Un second système, le "rotor extérieur", tournant en sens inverse du premier, est constitué par les organes suivants, solidaires les uns des autres: deux disques 17 et 19, portant chacun une série d'aubages 33 et 37 semblables aux cu bages 34 et 38; ces cubages 33 et 37 alternent:
avec les cubages 34 et 38 respectivement du rotor intérieur, - une cloison 18 constituant, avec le disque 12 un passage de vapeur 35, et une base de fixation de l'aubage extérieur 37' du disque 19 - un premier moyeu creux 20 (à gauche, sur la figure) portant un joint à labyrinthe 44 et prolongé en forme d'une douille 22, douille tournant dans un coussi net logé dans un palier fixe et portant à son extrémité une roue conique 23 semblable à, la roue 14 dont elle est.
d'ailleurs rendue soli daire par des pignons coniques 24, pignons qui tournent fous dans les coussinets 26 de paliers 25, fixés sur le bâti de la turbine, un second moyeu creux 21 (à droite sur la figure) centré sur l'arbre principal 10, air moyen d'un roulement à billes double 52, moyeu portant également un joint de vapeur en labyrinthe et tournant à l'intérieur d'un palier 54 solidaire du bâti. Ce moyeu 21 en traîne par clavette un demi-manchon d'ac couplement 55, muni à son extrémité 15 de dents 16", avec lesquelles on peut amener cri prise les dents 163 du demi-manchon 151 dont il a déjà été question plus haut.
Les douilles 21 et 22 peuvent se déplacer longitudinalement dans les coussinets qui les portent, de telle sorte que tout le rotor exté rieur peut, sans inconvénient, s'allonger sous l'effet de la chaleur. Ce rotor est contenu clans une bâche 2 7 fixe, comportant une buse d'admission de la vapeur 28 et une conduite d'échappement 29.
Dans les fig. 2 et 3 qui sont, comme il a été dit plus haut, des coupes à grand échelle d'une partie des cubages portés par les disques 13 et 19, on voit (au bas de la fig. 2) que le disque 13 est creusé de rainures circulaires dans lesquelles sont sertis d'autres disques annulaires 157; ces derniers portent, à l'extrémité des parois cylindriques minces 158, les cubages 37 dont les aubes sont pa rallèles à l'axe de la turbine; ils sont immo bilisés sur le disque 13 au moyen de billes 173' introduites au montage et sont munis, sur des bourrelets 167, de saillies circulaires 170 dont le rôle sera indiqué plus loin.
Ils présentent une gorge 157\, de façon à ce que le .contact avec le disque 13 lie se fasse que sur les portées 1571, ce qui limite la quantité de chaleur transmise à, ce disque.
Chacun des cubages est constitué par les aubes proprement dites, par exemple en acier, soudées à. leurs extrémités dans des rainures ménagées dans la. partie annulaire 156, d'une part, et, d'autre part, dans une bague l59; cette dernière porte deux saillies circulaires 171 qui, de même que la saillie semblable 170, forment des cllicanes pour la vapeur, comme on le verra plus loin.
Le disque 19 porte des organes semblables à ceux .qui viennent d'être décrits, c'est-à-dire des cubages 38 fixés de la même façon mais comportant. des aubes dirigées en sens inverse des premières, cubages qui alternent avec ceux qili appartiennent au disque 13, comme il <B>il</B> été déjà dit.
Dans la fig. 4 qui représente le détail d'uli joint de vapeur, c'est-à-dire du dispositif destiné à limiter les fuites de vapeur entre l'intérieur d'un organe rotatif sous pression et l'air ambiant (dans le cas particulier, celui qui existe entre le moyeu 20 et la bâche 27). 141 est un ,plateau faisant -corps avec un moyeu 151 dont la position sur le moyeu creux 20 peut -être réglée exactement au moyen d'une douille filetée 42 a, pas diffé rentiel que l'on peut visser ou dévisser au moyen d'une clé engagée dans des trous borgnies 401. .
Le plateau 141 porte une série de parois cylindriques minces 146 munies de saillies circulaires 147; la paroi extérieure 1461 coin.. porte six de ces saillies 1471.
Sur la bâche 27 sont vissés,, de part et d'autre du plateau 141, deux flasques 139 et 140 portant également des parois ànnulai- res 145 avec saillies circulaires 147; des sail lies 1391 sont ménagées dans la face 145' de ces flasques, qui fait face au moyeu 151. Entre les saillies de l'un des systèmes et les parois de l'autre existe un très faible jeu; il n'y a donc aucun frottement entre aucune partie du plateau en rotation 141 et les par ties solidaires de la bâche fixe 27; par contre, la vapeur sous pression (qui se trouve à droite.
sur le dessin) ne peut s'échapper sous forme de fuites dans l'air ambiant (à gauche) qu'en passant entre 1391 et 151, puis en traversant tout le labyrinthe existant entre 141 et 140, ensuite entre les saillies 1471 et 139 puis 140, clans le labyrinthe entre 141 et<B>131</B> et enfin entre les saillies 1.391 et 151 à gauche. Le labyrinthe ainsi constitué est si complet que les fuites de vapeur sont pratiquement nulles aussi bien entre les chambres à haute pres sion et l'air ambiant qu'entre les chambres à haute et basse pression.
Le fonctionnement de la turbine est le suivant: La vapeur sous pression introduite par la buse 28 traverse des lumières 30 ménagées dans le moyeu creux 20, pénètre dans une chambre à haute pression 31 et entre en 32 dans le premier aubagë du rotor extérieur; elle passe ensuite alternativement et radiale- Tnent dans les aubages des deux rotors oui elle se détend en exerçant sur chacun d'eux un effort résultant de même grandeur, mais de sens opposé.
Après sa. sortie du dernier aubage du pre mier étage de la turbine ("étage à haute pression") elle est ramenée par le passage 35, et à pression réduite, dans une chambre à basse pression 36, d'où elle pénètre dans "l'étage à basse pression" sur les aubes 37 et 38 duquel elle exerce, grâce à la. forme, à la disposition et aux dimensions de ces der nières, des efforts qui se combinent à ceux. de la première turbine. A sa sortie du second étage, la vapeur est recueillie dans la con duite d'échappement 29 et évacuée.
Le rotor intérieur et le rotor extérieur tournant en sens opposé, si l'on embraye le demi-manchon l51 sur les dents 16, c'est-à- dire sur l'arbre principal, l'arbre mû 211 tourne dans le .même sens que le rotor inté rieur dont il transmet la puissance., tandis que la puissance du rotor extérieur, qui Tourne à la même vitesse, mais en sens con traire, lui est transmise par les pignons oo- niques 24.
Inversément, si l'on embraye sur les dents 16' du demi-manchon 16 solidaire du rotor extérieur, l'arbre mû 211 tourne en sens con- traire de celui qu'il avait dans le premier cas et reçoit la puissance du rotor intérieur par le train d'engrenages coniques. La tur bine est donc réversible.
L'effet de la -vapeur sur les aubes est ce lui de toute turbine à fluide gazeux. On con- i:ait d'ailleurs déjà des turbines réversibles radiales à deux rotors tournant en sens op posé. Cc qui distingue l'objet de la présente invention c'est le fait que les deux rotors sont concentriques, ce qui nécessite, en vue d'un fonctionnement parfait, notamment l'emploi de ,joints (le vapeur très étanches, et n'absorbant aucune force, tels que ceux qui ont été dé crits, et l'équilibrage rigoureux des pressions axiales.
Cette dernière condition est réalisée, dans l'exemple donné, en choisissant les sur faces latérales des rotors, c'est-à-dire les sur faces perpendiculaires à l'arbre, inversément proportionnelles aux pressions spécifiques qu'elles, subissent. On remarquera encore que les cubages munis de saillies circulaires, tels qu'ils ont été décrits selon la fig. 2, constituent un système de labyrinthe qui supprime pratique ment les fuites latérales de vapeur et qui, obligeant cette dernière à passer entièrement dans les aubes, en utilisant aussi complètement que possible l'énergie potentielle.
Ces auba- Ues, comme d'ailleurs les organes des joints â. labyrinthe sont d'ailleurs de construction si simple que le coût de fabrication en est in- sibnifiant en regard des avantages importants qu'ils assurent.
Enfin, le fait qu'ils sont portés à l'extré mité de parois 158 (fig. 2) relativement min ces, leur permet de supporter particulièrement bien les dilatations et les contractions dues aux variations très grandes de température que peut subir la turbine.
L'emploi des joints de vapeur décrits sup- prime les presse-étoupe qui absorbent tou jours une énergie très appréciable.
Il va sans cure qu'on pourra doubler, par exemple le nombre des rotors intérieurs et ex térieurs, dans le but de faire une turbine sy métrique équilibrée axialement sans précau- tiwns spéciales, comme on pourra d'ailleurs choisir d'autres dispositions connues, par exemple de paliers ou d'accouplements.