EP0020433B1 - Grille d'aubes pour turbine et turbine comportant une telle grille d'aubes - Google Patents
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- Y10S415/914—Device to control boundary layer
Definitions
- the present invention relates to a grid of blades for a turbine comprising, on the one hand, a series of blades arranged between a ceiling and a floor, thus defining a series of channels traversed by the fluid supplying the turbine, each channel being limited by the upper surface of a dawn and the lower surface of the neighboring dawn, the floor and the ceiling, and, on the other hand, at least one communication pierced in the ceiling and / or at least one communication pierced in the floor, each communication opening at one end into a channel and at the other end at a point located downstream of said grid.
- the slippage generates a whirlwind of trigonometric direction at the ceiling of the channel and in the opposite direction to the floor for an observer placed downstream of the grid of blades.
- German Patent No. 893649 that the communications opening into the channel have a mouth located in the middle part of the ceiling at equal distance between the upper surface of the dawn and the lower surface of the neighboring dawn limiting the channel.
- This communication is of fairly large diameter (relative to the dimensions of the channel) to allow suction of the boundary layer.
- the blade grid according to the invention is characterized in that for each communication the end opening into the channel is located in the vicinity of the lower surface of the blade limiting said channel at the level of the neck at a point distant from the part median of this channel.
- This point being connected by communication to a point located downstream of the grid (therefore at reduced pressure) the pressure at this point decreases, which reduces the skid of the boundary layer, thus making it useful for working in the channel considered.
- the blade grid does not have a ceiling (in the case of certain movable blades) or floor (in the case of certain fixed blades), communications are then provided only in the floor (in the case of said movable blades) or in the ceiling (case of said fixed blades).
- the invention also relates to a turbine comprising a fixed blade grid followed by a movable blade grid, each of the blade grids comprising a series of blades arranged between a ceiling and a floor thus defining a series of channels traversed by the fluid supplying the turbine, each channel being limited by the upper surface of a blade and the lower surface of the neighboring blade, the floor and the ceiling, the fixed blade grid comprising for each blade at least one pierced communication in the ceiling and opening at one end into a channel and at the other end at a point located downstream of said grid, said turbine comprising at the level of the movable blade grid sealing wipers surrounding the ceiling of said grid , characterized in that for each communication the end opening into the channel is located in the vicinity of the lower surface of the blade limiting said channel at the level of the neck at a point distant from the middle part of this channel, and therefore at the point can al which is at maximum pressure.
- FIG. 1 there are shown two blades A and B which are part of a crown and whose foot is fixed on a floor 1 and the head on a ceiling 2.
- the floor and the ceiling are usually cylindrical or frustoconical surfaces.
- the intrados of dawn B, the extrados of dawn A and the floor and the ceiling define a channel 3.
- the flow is done by following healthy nets such as (c ).
- the fluid streams are orthogonal to the isobars and in the directions shown (1) (m) then begin to swirl as soon as they hit the upper surface of the dawn (A) .
- FIG. 2 there is shown in axial section a turbine provided with grids of fixed and movable blades according to the invention.
- each movable blade grid 4 is located between two grids of fixed blades 5 and 5 '.
- the direction of fluid flow is indicated by arrow F.
- the movable vane grids 4 are integral with the rotor 6 while the fixed vane grids 5 and 5 ′ are integral with the stator 7.
- the fixed vane grids 5 are provided with sealing wipers 8 which reduce the leaks between rotor 6 and fixed vane grids 5.
- the stator 7 is provided sealing wipers 9 which reduce leaks between the stator 7 and the ceiling 12 of the movable blade grid 4.
- the movable blade grid 4 comprises for each blade a communication 13 hollowed out in the floor 11 between a point located in the vicinity of the lower surface of the blade and at the level of the neck 10 of the channel limited by said lower surface and a point located in downstream of the movable blade grid 4 (see Figures 2 and 3).
- the movable blade grid 4 also includes, for each blade, a communication 14 hollowed out in the ceiling 12 between a point located in the vicinity of the lower surface of the blade and at the level of the neck of the channel bounded by said lower surface and which terminates downstream of the movable vane grid 4 (see Figure 2).
- the neck or constriction of the canal is the region of the canal where the distance between upper and lower surfaces is minimal.
- the fixed blade grid (5 or 5 ′) comprises for each blade a communication 23 hollowed out in the floor 21 which starts from a point located in the vicinity of the lower surface of the blade at the neck of the channel limited by said lower surface and which ends downstream of the fixed vane grid 5 (see FIG. 2).
- the fixed blade grid 5 or 5 ′ also includes, for each blade, a communication 24, hollowed out in the ceiling 22, between a point located in the vicinity of the lower surface of the blade at the level of the neck 20 of the channel limited by said lower surface and a point located downstream of the fixed vane grid 5 (see FIGS. 2 and 4).
- the leakage of fluid through the communications 24 serves to supply the leakage of fluid between the wipers 9 and the ceiling 12 of the next movable vane grid 4 and preferably the flow rate of the communications 24 is chosen to be less than or equal to the leakage flow rate between the wipers 9 and the ceiling 12.
- the fluid leakage through the communications 13 is used to supply the fluid leakage between the wipers of the next fixed vane grid and the rotor and preferably the flow rate of the communications 13 is chosen to be less than or equal to the leakage flow rate between wipers and rotor.
- the communications between a point of the floor and / or of the ceiling located in the vicinity of the lower surface of the blades at the level of the neck of the channel limited by the lower surface and a point located in a low pressure chamber constituted by the part situated downstream of the blades allow to lower the overpressure in the vicinity of the lower surface of the blades at the floor and / or ceiling.
- the turbine according to the invention could include such communications only on the grids of fixed blades or on the grids of movable blades hollowed out in the floor and / or the ceiling of these grids.
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Abstract
Description
- La présente invention a trait à une grille d'aubes pour turbine comportant, d'une part, une suite d'aubes disposées entre un plafond et un plancher, définissant ainsi une suite de canaux parcourus par le fluide alimentant la turbine, chaque canal étant limité par l'extrados d'une aube et l'intrados de l'aube voisine, le plancher et le plafond, et, d'autre part, au moins une communication percée dans le plafond et/ou au moins une communication percée dans le plancher, chaque communication débouchant à une extrémité dans un canal et à l'autre extrémité en un point situé en aval de ladite grille.
- Une telle grille d'aubes est décrite dans le brevet allemand n° 893 649.
- On sait que dans un canal donné, suffisamment loin des parois du canal, les filets de fluide suivent des trajectoires sensiblement parallèles aux parois du canal formées par les aubes, intrados pour l'une et extrados pour l'autre. En tous points de cette trajectoire, l'effort centrifuge qui s'exerce sur une particule est équilibré par les forces de pression. Il en résulte que globalement l'intrados de l'aube est en surpression par rapport à l'extrados de l'autre aube délimitant le canal.
- On sait d'autre part que dans la couche limite située à proximité du plancher et du plafond les vitesses du fluide sont faibies ; il s'ensuit que les efforts de pression ne sont plus équilibrés et les trajectoires des filets sont des courbes perpendiculaires aux isobares et vont dans chaque canal de l'intrados vers l'extrados en un véritable dérapage bien connu de l'homme de l'art (voir par exemple l'article « Sur les pertes à l'extrémité des aubes de turbine », Revue Brown Boveri, en français, novembre 1941, p. 356 à 361, en particulier les figures 2 et 3).
- Le dérapage engendre un tourbillon de sens trigonométrique au plafond du canal et dans le sens inverse au plancher pour un observateur placé à l'aval de la grille d'aubes.
- Ces perturbations s'accompagnent de pertes importantes qui sont connues sous le nom de pertes secondaires qui affectent d'autant plus le rendement d'une grille d'aubes que le rapport entre la hauteur des aubes et la corde est faible.
- Pour réduire les pertes secondaires il est prévu dans le brevet allemand n° 893649 que les communications débouchant dans le canal aient une embouchure située dans la partie médiane du plafond à égale distance entre l'extrados de l'aube et l'intrados de l'aube voisine limitant le canal. Cette communication est d'assez grand diamètre (par rapport aux dimensions du canal) pour permettre d'aspirer la couche limite.
- L'aspiration de cette couche limite permet de diminuer fortement les perturbations mais elle ne diminue pas d'autant les pertes secondaires ; en effet le fluide aspiré ne travaille plus dans les canaux d'où il a été aspiré et il vient perturber le fluide dans les canaux de la grille suivante dans lesquels il est réinjecté.
- Dans l'invention au contraire on n'aspire qu'une faible partie de la couche limite pour éviter son dérapage et ainsi rendre utile le fluide de la couche limite.
- La grille d'aubes selon l'invention est caractérisée en ce que pour chaque communication l'extrémité débouchant dans le canal est située au voisinage de l'intrados de l'aube limitant ledit canal au niveau du col à un point éloigné de la partie médiane de ce canal.
- Cette extrémité débouche donc au point du canal qui est à la pression maximale.
- Ce point étant relié par la communication à un point situé en aval de la grille (donc à pression réduite) la pression en ce point diminue, ce qui diminue le dérapage de la couche limite, la rendant ainsi utile pour travailler dans le canal considéré.
- Au cas où la grille d'aubes ne comporte pas de plafond (cas de certaines aubes mobiles) ou de plancher (cas de certaines aubes fixes), les communications ne sont alors ménagées que dans le plancher (cas desdites aubes mobiles) ou dans le plafond (cas desdites aubes fixes).
- L'invention concerne également une turbine comportant une grille d'aubes fixe suivie d'une grille d'aubes mobile, chacune des grilles d'aubes comportant une suite d'aubes disposées entre un plafond et un plancher définissant ainsi une suite de canaux parcourus par le fluide alimentant la turbine, chaque canal étant limité par l'extrados d'une aube et l'intrados de i'aube voisine, le plancher et le plafond, la grille d'aubes fixe comportant pour chaque aube au moins une communication percée dans le plafond et débouchant à une extrémité dans un canal et à l'autre extrémité en un point situé en aval de ladite grille, ladite turbine comportant au niveau de la grille d'aubes mobile des léchettes d'étanchéité entourant le plafond de ladite grille, caractérisée en ce que pour chaque communication l'extrémité débouchant dans le canal est située au voisinage de l'intrados de l'aube limitant ledit canal au niveau du col à un point éloigné de la partie médiane de ce canal, et donc au point du canal qui est à la pression maximale.
- Ainsi la fuite passant le long des léchettes d'étanchéité associées à la grille mobile suivante est alimentée par les communications percées dans le plafond de la grille fixe précédente.
- - Lorsqu'on dimensionne les communications pour que leur débit soit inférieur ou égal au débit de fuite passant le long des léchettes d'étanchéité associées à la grille mobile suivante, la totalité du gain dû à l'amélioration des pertes secondaires est ainsi sauvegardée.
- L'invention concerne encore une turbine comportant une grille d'aubes mobile suivie d'une grille d'aubes fixe, chacune des grilles d'aubes comportant une suite d'aubes disposées entre un plafond et un plancher définissant ainsi une suite de canaux parcourus par le fluide alimentant la turbine, chaque, canal étant limité par l'extrados d'une aube et l'intrados de l'aube voisine, le plancher et le plafond, la grille d'aubes mobile comportant pour chaque aube au moins une communication percée dans le plancher et débouchant à une extrémité dans un canal et à l'autre extrémité en un point situé en aval de ladite grille, ladite turbine comportant au niveau de la grille d'aubes fixe des léchettes d'étanchéité entourant le plancher de ladite grille, caractérisée en ce que, pour chaque communication, l'extrémité débouchant dans le canal est située au voisinage de l'intrados de l'aube limitant ledit canal au niveau du col à un point éloigné de la partie médiane de ce canal, et donc au point du canal qui est à la pression maximale.
- - Lorsqu'on dimensionne les communications pour que leur débit soit inférieur ou égal au débit de fuite passant le long des léchettes d'étanchéité associées à la grille fixe suivante, la totalité du gain dû à l'amélioration des pertes secondaires est ainsi sauvegardée.
- La description qui va suivre en regard des dessins annexés fera mieux comprendre comment l'invention peut être mise en oeuvre.
-
- La figure 1 représente une partie de la grille d'aubes d'une turbine classique.
- La figure 2 représente une coupe axiale d'une turbine comprenant les grilles d'aubes selon l'invention.
- La figure 3 représente une coupe transversale (ligne III-III de la figure 2) vue de dessus d'une grille d'aubes mobile selon l'invention.
- La figure 4 représente une coupe transversale (ligne IV-IV de la figure 2) vue de dessous d'une grille d'aubes fixe selon l'invention.
- Sur la figure 1 on a représenté deux aubes A et B qui font partie d'une couronne et dont le pied est fixé sur un plancher 1 et la tête sur un plafond 2. Le plancher et le plafond sont habituellement des surfaces cylindriques ou tronconiques.
- L'intrados de l'aube B, l'extrados de l'aube A et le plancher et le plafond définissent un canal 3. Dans ce canal, loin des parois, l'écoulement se fait en suivant des filets sains tels que (c). Par contre, au contact du plafond et du plancher, les filets de fluide sont orthogonaux aux isobares et suivant les directions représentées (1) (m) puis commencent à tourbillonner dès qu'ils ont heurté l'extrados de l'aube (A).
- Sur la figure 2 on a représenté en coupe axiale une turbine munie de grilles d'aubes fixes et mobiles selon l'invention. En général, chaque grille d'aubes mobile 4 se trouve entre deux grilles d'aubes fixes 5 et 5'. Le sens de l'écoulement du fluide est indiqué par la flèche F.
- Les grilles d'aubes mobiles 4 sont solidaires du rotor 6 tandis que les grilles d'aubes fixes 5 et 5' sont solidaires du stator 7.
- Au voisinage du rotor 6 les grilles d'aubes fixes 5 sont munies de léchettes d'étanchéité 8 qui diminuent les fuites entre rotor 6 et grilles d'aubes fixes 5. De même au voisinage des grilles d'aubes mobiles le stator 7 est muni de léchettes d'étanchéité 9 qui diminuent les fuites entre le stator 7 et le plafond 12 de la grille d'aubes mobile 4.
- La grille d'aubes mobile 4 comporte pour chaque aube une communication 13 creusée dans le plancher 11 entre un point situé au voisinage de l'intrados de l'aube et au niveau du col 10 du canal limité par ledit intrados et un point situé en aval de la grille d'aubes mobile 4 (voir figures 2 et 3).
- La grille d'aubes mobile 4 comporte également, pour chaque aube, une communication 14 creusée dans le plafond 12 entre un point situé au voisinage de l'intrados de l'aube et au niveau du col du canal limité par ledit intrados et qui aboutit en aval de la grille d'aubes mobile 4 (voir figure 2).
- Le col ou étranglement du canal est la région du canal où la distance entre extrados et intrados est minimale.
- La grille d'aubes fixe (5 ou 5') comporte pour chaque aube une communication 23 creusée dans le plancher 21 qui part d'un point situé au voisinage de l'intrados de l'aube au niveau du col du canal limité par ledit intrados et qui aboutit en aval de la grille d'aubes fixe 5 (voir figure 2).
- La grille d'aubes fixe 5 ou 5' comporte également, pour chaque aube, une communication 24, creusée dans le plafond 22, entre un point situé au voisinage de l'intrados de l'aube au niveau du col 20 du canal limité par ledit intrados et un point situé à l'aval de la grille d'aubes fixe 5 (voir figures 2 et 4).
- La fuite de fluide à travers les communications 24 sert à alimenter la fuite de fluide entre les léchettes 9 et le plafond 12 de la grille d'aubes mobile 4 suivante et de préférence le débit des communications 24 est choisi inférieur ou égal au débit de fuite entre les léchettes 9 et le plafond 12.
- De même la fuite de fluide à travers les communications 13 sert à alimenter la fuite de fluide entre les léchettes de la grille d'aubes fixe suivante et le rotor et de préférence le débit des communications 13 est choisi inférieur ou égal au débit de fuite entre léchettes et rotor.
- Les communications entre un point du plancher et/ou du plafond situé au voisinage de l'intrados des aubes au niveau du col du canal limité par l'intrados et un point situé dans une chambre basse pression constitués par la partie située en aval des aubes permettent d'abaisser la surpression au voisinage de l'intrados des aubes au niveau du plancher et/ou du plafond.
- Il va de soi que la turbine selon l'invention pourrait ne comporter de telles communications que sur les grilles d'aubes fixes ou sur les grilles d'aubes mobiles creusées dans le plancher et/ou le plafond de ces grilles.
- De plus, ces communications pourraient n'être associées qu'à certaines aubes d'une même grille.
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