Brevet FR2008848A1 — publié le 19700130

L'invention se rapporte à une turbine à gaz à plusieurs étages pouvant être réalisée au choix sous la forme d'une machine à un seul arbre ou d'une machine à deux arbres, les deux arbres étant montés coaxialemenb avec séparation entre la turbine du 5 compresseur et la turbine de puissance disponible. Les turbines à gaz à un seul arbre sont en général utilisées comme groupes moteurs dans les cas où l'appareil consommateur de puissance qui leur est accouplé demande une vitesse de rotation constante, par exemple dans le cas des génératrices d'une 10 centrale électrique. On préfère les turbines à deux arbres, avec turbine du compresseur séparée de la turbine de puissance disponible, dans les cas où la machine travaillante accouplée à la turbine travaille avec une vitesse de rotation variable. On citera comme exemple de cette application l'entraînement des installa— 15 tions de pompage des grandes canalisations, de transport de pétrole ou de gaz. L'invention vise à réaliser une turbine à gaz dont les éléments de base sont aussi identiques que possible pour les deux utilisations de façon que, complétés par des éléments additionnels adaptés à l'application particulière envisagée, ils puis-20 sents être utilisés dans les deux cas. Le progrès technique obtenu par la présente invention consiste dans une rationalisation considérable de la fabrication, par exemple par la fabrication en série, dans une simplification et une amélioration du coût de la tenue des stocks;,, par exemple pour le service de pièces de re-25 change. L'invention est caractérisée en ce que les disques de rotor, qui portent les aub«s, et le tourillon côté entrée d.e l'arbre du rotor de la turbine de puissance disponible, ainsi que les enveloppes de palier qui reçoivent les tourillons, sont consti-30 tués de telle sorte que les disques de rotor et le . tourillon de l'arbre de la turbine de puissance disponible peuvent être montés sur le dernier étage du rotor de la turbine du compresseur. On peut obtenir d'autres avantages, dans le sens d'une nouvelle rationalisation, lorsque les enveloppes des paliers qui ro-35 çoivent les tourillons des arbres des rotors sont identiques pour les deux modes de réalisation de l'invention et, que dans le mode de réalisation de turbine à deux arbres, elles sont montées symétriquement l'un de l'autre, de part et d'autre d'une enveloppe centrale. Par ailleurs, il est avantageux que les disques des ro- \ t 69 13475 2008848 tors de tous les étages de la turbine soient identiques et que leurs rainures de pieds d'aubes présentent le même pas. En outre, toutes les aubes des rotors peuvent présenter le même profil et le même pied pour les deux formes de. turbines, au moins les aubes 5 du rotor de la turbine du compresseur, ou celle?* des premiers étages de la turbine, qui correspondent à cette turbine du compresseur, et les aubes du rctor de la turbine de puissance disponi» ble, ou celles des derniers étages de la turbine, qui correspondent à cette turbine de puissance disponible, pouvant présenter 10 le même angle de profil. Cette caractéristique permet d'utiliser, pour la fabrication de toutes les aubes du rotor, un mémo profil d'aubes comportant au maximum deux angles de profil différents, de sorte que, pour monter les aubes dans les divers étages, on n'a essentiellement à modifier que la longueur des-aubes. Les 15 deux formes de réalisation peuvent par ailleurs comprendre les mêmes supports d'aubes directrices pour la turbine du compresseur et pour les premiers étages de la turbine, qui correspondent à cette turbine du compresseur, et dans le cas d'une machine à un seul arbre, un prolongateur est monté concentriquement à l'extré-20 mité côté sortie de ce support d'aubes directrices. Finalement, on peut également donner dans les deux formes de machines, la même forme aux aubes directrices de chaque étage, du moins pour la turbine du compresseur, ou pour les premiers étages de la turbine qui correspondent â cette turbine du compresseur. 25 Si, par a.illeurs, l'écartement des paliers du rotor du corn- presseur est le même dans les deux formes de réalisation, on obtient un avantage supplémentaire du fait que les parties extérieures de l'enveloppe du stator sont identiques dans les deux formes de réalisation, de l'enveloppe d'aspiration à l'enveloppe centra-30 le et que, dans les deux cas, on peut utiliser le même socle de turbine, sur lequel il suffit de monter un appui supplémentaire pour la turbine de puissance disponible dans le cas de la machine à deux arbres. Finalement, les deux formes de machines peuvent également être équipées de la même enveloppe d'échappement. 35 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res sort iront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif et nullement lisi-tatif une forme de réalisation conforme à l'invention. 8ad original 69 13475 5 2008848 Sur ces dessins, La figure 1 est une vue schématique d'une machine à deux arbres, représentée en élévation et dans laquelle les éléments essentiels pour l'invention sont représentés en coupe dans l'en-5 veloppe supposée arrachée. La figure 2 reproduit de la même façon la machine à un seul arbre. La figure 3 est une vue d'un fragment d'un disque de rotor. Cette vue montre la disposition des pieds cïaubes dans le disque 10 dc= rotor et le pas anjjulaire d^s rainures qui reçoivent les pieds d'aube s. La figure 4 est finalement une vue en coupe prise suivant la ligne IV-IY de la figure 3. L'enveloppe d'aspiration 1, qui est divisée en deux parties 15 suivant un plan axial horizontal, et qui n'est indiqué que par son centour, est suivie, dans le sens de l'écoulement, par le compresseur qui est également représenté en majeure partie par les contours 2 de son enveloppe. L'appui du palier côté aspiration de ce compresseur est représenté en 4 en traits interrompus. Dans 20 le cas de la machine à un seul arbre (figure 2), on a de plus esquissé à l'extrémité gauche de l'enveloppe d'aspiration 1, l'arbre de la machine travaillante qui est accouplée par un embrayage 5. L'enveloppe 2 qui enferme le support 3 des aubes directri-25 ces du compresseur se termine par une enveloppe avant 7 qui contient le diffuseur 6. Elle est suivie par l'ensemble 9 des chambres de combustion qui entoure la turbine 8 du compresseur en une couronne. Le rotor 10 du compresseur dont le dernier étage 11 est 30 juste visible dans la partie arrachée de l'enveloppé, tout à fait à gauche sur les figures 1 et 2, entre ses deux derniers étages 12 et 13 d'aubes directrices, se termin 69 13475 t 2008848 de la turbine et, le tourillon 42 dans le cas de la machine à un arbre sont maintenus assemblés à l'aide de la tête 19 du tirant, les détails de cette fixation sont omis sur les figures 1 et 2 pour la clarté du dessin. 5 les divers disques 17 des rotors des turbines 8 et 25 sont identiques entre eux et bloqués les uns sur les autres ainsi que sur le disque de transition 15 et sur le tourillon 18 ou 42 d'une façon connue, par des dentures radiales. Ces disques portent les aubes 20, 20a de rotor qui présentent toutes le même profil d'aa-10 be et le même pied d ' ^ube, -1 ' angle de profil des aubes 20'de la turbine ou des étages 8 et celui des aubes 20a de la turbine ou des étages 25 étant de plus identiques entre eux. Les tourillons 18 et 42 sont montés dans les paliers 21 dont on a représenté la fixation dans les enveloppes 22. L'écartement 15 a Qui es"fc défini par les appuis 4 et 21 des paliers du rotor 10 du compresseur, écartement qui contient ce rotor, reste le même pour les deux formes de réalisation de la construction suivant l'invention, de sorte que, pour les deux sortes de turbine à gaz, on peut utiliser la même enveloppe extérieure et le même socle 20 23 ; dans la forme de réalisation à deux arbres, le socle 23 porte de plus un élément supplémentaire 24 destiné à supporter la turbine 25 de puissance disponible. Les enveloppes 22 des paliers portent de plus deux: joints à labyrinthe 26. D'autres joints à labyrinthe, servant à l'isola-25 tion des rotors, sont prévus on 27 entre la partie 15 du rotor et une pièce centrale 32 et, en 28, entre le tourillon 18 et un adaptateur 37 dans le cas de la machine à deux arbres, ou en 28a entre le tourillon 42 et l'enveloppe de palier 22 dans le cas de la machine à un seul arbre. 30 Les disques 17 du rotor de la turbine ou des étages 8 sont entourés par le support 29 des aubes directrices dans lequel les aubes directrices 30 sont fixées. Il convient encore d'indiquer en particulier que les aubes directrices 30 de la turbine 8 sont identiques dans les deux formes de réalisation. 35 "les aubes directrices 30 se terminent dans une couronne d'aubes directrices 31 qui est interposée entre deux disques 17> du rotor et qui forme la limite intérieure du canal d'écoulement des gaz de combustion dans la zone du rotor 8. La première couronne d'aubes directrices 31a est en outre reliée à la pièce de cen- 69 13475 5 2008848 sjà citée plus haut qui est tout d'abord de forme cylindrique creuse et qui est ensuite évasée en cône en direction de l'airent et qui est fixée à son tour à l'enveloppe avant 7» Cette pièce de centrage a pour fonction de contribuer à centrer l'ex-5 trémité côté entrée du support 29 des aubes directrices par rapport au rotor. On a représenté en 33 l'enveloppe d'entrée des gaz de combustion chauds qui arrivent de l'ensemble 9 des chambres de combustion et qui pénètrent dans la turbine .8, 10 l'extrémité de sortie du support 29 des aubes directrices est maintenue par une pièce ou jupe intermédiaire 34, qui est elle-même fixée à une enveloppe centrale 35 placée plus loin vers l'aval. les parties internes de l'enveloppe centrale 35 forment en outre, avec les enveloppes de paliers 22 et un adaptateur 37 sup-15 plémentaire qui n'est présent que dans la forme drexécution à deux arbres, la paroi limite intérieure du canal d'écoulement 38. l'adaptateur 37 sert, dans les machines à deux arbres, à couvrir l'espace compris entre l'enveloppe 22 du palier et le dernier disque 17 du rotor de la turbine 8 du compresseur, espace qui, suivant 20 l'invention, est comblé dans la forme d'exécution à un seul arbre, par le montage de la turbine 25 de puissance disponible, à la suite de la turbine 8. Dans la machine à deux arbres, le canal d'écoulement 38 est limité à l'extérieur, jusqu'à l'enveloppe centrale 35, par la pa-25 roi en tôle 39 qui sst fixée au support 2 9 des aubes directrices et à l'enveloppe centrale 35. P^r ailleurs, dans la forme de réalisation à deux arbres, l'enveloppe centrale 35 présente elle-même, pour constituer les parois limites extérieures du canal d'écoulement 38, les deux éléments de parois 40 et 41 qui s'évasent 30 en cône l'un en direction de l'autre. Dans la forme do réalisation à deux arbres, l'enveloppe centrale 35 est suivie vers l'aval par une autre enveloppe de palier 22 qui reçoit le tourillon côté entrée 42 de l'arbre du rotor de la turbine 25 de puissance disponible, et qui est entourée par la 35 paroi 44 de limitation du canal d'écoulement et par une partie d'enveloppe 45. la turbine 25 de puissance disponible qui, chns l'exemple représenté, est à deux étages se compose du rotor 47, qui est monté rotatif dans le palier 46, par les disques de rotor 17 qui portent les aubes 20a - on veut -indiquer par la référence 69 13475 6 2008848 20a que ces cubes sont au moins très analogues aux aubes de la turbine 8, c'est-à-dire, ainsi qu'on l'a déjà mentionné, qu'elles possèdent iu moins le mémo pied d'aubes et le môme profil d'au~ bes - et par le tourillon 42. Cette turbine, de même que la tur-5 bine 8, est maintenue assemblée par un tirant 43 ancré da/ns le rotor 47 et dont la tête est à nouveau désignée par la référence Le rotor de la turbine 25 est entouré extérieurement par le support 49 des aubes directrices qui ■ portent, pour le premier 10 étage, des aubes directrices réglables 62 et, pour l'étage suivant des aubes directrices fixes 50. A ce support, fait suite le diffuseur 51 des gaz d'échappement qui entoure le rotor 47 et qui débouche dans l'enveloppe 52 des gaz d'échappement. Par ailleurs, on a représenté, à la suite du palier 46 (voir figure 1), l'em-15 brayage 53 et l'arbre 54 de la machine travaillante. Dans le cas de la machine à un seul arbre (figure 2), les deux étages de la turbine 25, avec leur tourillon 42, sont montés, à la suite de la turbine 8 à quatre étages, à la place du tourillon 18 et de 1!adaptanteur 37, avant d'être suivis de l'enveloppe 20 de palier 22 qui est la çiême pour les tourillons 18 et 42, Par ailleurs., il n'est prévu comme éléments spécifiques pour la réalisation à un seul arbre, qu'un prolongateur 55 du support d1 cubes directrices 29, qui sert à recevoir le support 49 des aubes directrices et, à la place de. l'enveloppe de tôle 39, "une onvelop- 25 . pe de tôle- .56 plus courte f ixéi, an,, pr olongateur 55, pour servir de paroi limite extérieure pour le canal d'écoulement 38» La paroi de tête 56 se termine directement au niveau de l'enveloppe centrale 35 de sorte que, dans la réalisation à m seul arbre, les éléments 40 et 41 sent supprimés à l'intérieur de l'enveloppe cen-30 traie 35. Pour la forme de réalisation à un seul arbre, on peut également prendre, de la machine à deux arbres, les aubes directrices 50 du deuxième étage et, dans certaines conditions, les aubes directrices d'autres étages non représentés. Les aubes directrices 35 62 qui sont combinées au premier étage de la turbine de puissance disponible 25 de la forme à deux arbres sont remplacées dans l'étage correspondant de la forme de réalisation à un seul arbre, par les aubes directrices 58. Cet échange est nécessaire' parce que, d'une part, les aubes directrices 62 de la réalisation à deux ar- 19. ï 69 13475 7 2008848 bres peuvent être réglables et que, d'autre part, l'extrémité côté amont du support 49 des aubes directrices présente, dans la zone des premières aubes directrices, une paroi limité intérieure cylindrique tandis que le prolongateur 55 est conique dans ceirte 5 zone, ainsi que le fait ressortir une comparaison de ces deux éléments sur les figures 1 et 2. Par ailleurs, la réalisation à un seul arbre présente un diffuseur de gaz d'échappement 57 qui est de forme légèrement différente tandis que l'enveloppe 52 des gaz d'échappement est à nou-10 Voau identique pour les deux formes de réalisation. A la place de la traversée d'arbre du rotor 47 prévue dans la réalisation à deux arbres et qui mène au palier 46, l'enveloppe 52 des gaz d'échappement est fermée par une tôle 59 dans le cas de la machine à un seul arbre, 15 Ainsi qu'on l'a déjà décrit précédemment, et qu'on l'indi que par le choix de mêmes numéros de référence sur les figures 1 et 2, les deux formes de réalisation de la construction suivant l'invention possèdent un grand nombre d'éléments de base communs qui permettent de rationaliser considérablement la fabrication 20 et apportent les autres avantages cités. La vue de la figure 3 représente une découpe en secteur de cercle du disque 17 du rotor, les cales normalement prévues entre les pieds d'aubes étant supposées enlevées. Sur cette vue, on a représenté schématiquement les pieds 60 des aubes 20 ou 20â, qui 25 présentent, de la façon connue, le profil en sapin, et qui, suivant l'invention, sont identiques pour tous les disques de rotor 17. Par ailleurs, tous les disques de rotor 17 présentent, en ce qui concerne leurs rainures de pieds d'aubes, le même pas angulaire,. qui est indiqué par cX sur la figure 3» qui peut être le même pour tous les étages, au moins pour les turbines ou éléments de turbines 8 et 25. Il va de soi que l'invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre explicatif, et nullement limitatif, et que l'on pourra y 35 apporter toute variante sans pour cela sortir de son cadre. 30 La coupe de la figure 4 sert à montrer BAD OPTIMAL 69 1347S e 2008848 BBVBHDIOAIIOHS 1. Turbine à gaz à plusieurs étages, pouvant être réalisée au choix sous la forme d'une machine a un seul arbre ou d'une machine à deux arbres, dans laquelle les deux arbres sont montés 5 coaxialement dans le cas où la turbine du compresseur est séparée de la turbine de puissance disponible, cette turbine à gaz étant caractérisée en ce que les disques de rotor (17) qui portent les aubes (20, 20a), et le tourillon (42) côté entrée de l'arbre du rotor de la turbine de puissance disponible (25), ainsi que les 10 enveloppes (22) de paliers qui reçoivent les tourillons d'arbres (18, 42) sont construits de façon que les disques de rotor (17) et les tourillons (42) de l'arbre du rotor de la turbine de puissance disponible (25) puissent être montés sur le dernier étage du rotor de la turbine (8) du compresseur. 15 2. Turbine à gaz suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les enveloppes de paliers (22) qui reçoivent les tourillons (18, 42) des arbres des rotors sont identiques dans les deux formes de réalisation et sont montées symétriquement l'un^de l'autre, de part et d'autre d'une emeloppe centrale (35) dans la 20 forme de réalisation à deux arbres. 3. Turbine à gaz suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les disques de rotor (17) de tous'les étages de turbine (8, 25) sont de même construction et que leurs rainures (61) de pieds d'aubes présentent le me nié pas. 25 4. Turbine à gaz suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les deux formes de réalisation présentent le même support (29) d'aubes directrices pour la turbine (8) du compresseur et en ce qu'un prol-ongateur (55) est monté concentriquement à l'extrémité côté sortie de ce support, dans la forme de réalisa-30 tion à un seul arbre. 5. Turbine à gaz suivant la revendication 17 caractérisée en ce que toutes les aubes (20, 20a) des rotors présentent le même profil d'aubes et le même pied d'aube (60) dans les deux forraes de réalisation. 35 6. Turbine à gaz suivant la revendication 5, caractérisée en ce qu'au moins les aubes (20) du rotor de la turbine (8) du compresseur, ou celles des premiers étages correspondants de c^tte turbine (8), ut les aubes (20a) du rotor de la turbine de puissance disponible (25) ou celles des derniers étages correspondants Bad original 69 13475 2008848 , turbine de cette dernière^ présentent entre eux le même angle de profil (/). 7. Turbine à gaz suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les deux formas de réalisation possèdent la même enve— 5 leppe (52) a- gaz d'échappement. 8. Turbine à gaz suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'écartement (a) des paliers du rotor du compresseur reste le même dans les deux formes de réalisation. 9. Turbine à gaz suivant la revendication 1, caractérisée 10 en ce que les aubes directrices (30) de chaque étage d'au moins la turbine (8) du compresseur ou les premiers étages correspondants de cette turbine sont identiques dans les deux formes de réalisation. 10. Turbine à gaz suivant la revendication 1, caractérisée 15 en ce que les aubes directrices (50) du deuxième étage et des étages suivants de la turbine de puissance disponible (25), ou des derniers étages (25) correspondants de cette turbine, sont identiques entre eux dans les deux formes de réalisation.