Brevet FR2013758A1 — publié le 19700410

La présente invention se réfère à une couronne d'aubes directrices pour turbo-machines, comportant des aubes dont 1'an-g7e par rapport au plan de la couronne, peut être réglé en faisant tourner l'aube autour d'un axe dirigé selon la dimension 5 longitudinale de l'aube. Des turbo-machinesdu genre ci-dessus mentionné - et on particulier les turbine- - présentent, du fait de la possibilité do réglage des aubes directrices, l'avantage de pouvoir être adaptées pendant la m..'relie à des variations importantes de la charge entre des limites étendues sans qu'il en 10 résulte de ce fait des dégradations importantes du rendement et des perturbations do l'écoulement. Mais inversement, avec l'emploi d'aubes réglables, il se produit des perturbations dans les paliers ou portées des aubes dans le cas de températures élevées. L'invention élimine les inconvénients mentionnés 15 du fait que chaque aube peut tourner par son goujon dans un boîtier d'axe disposé extérieurement sur le support d'aubes. En disposant les portées dans un boîtier particulier à l'extérieur du support d'aubes, les paliers se trouvent d'abord écartés de l'influence directe du fluide de travail. Mais il existe en ou-20 tru la possibilité d'évacuer une quantité assez importante de chaleur aussi bien des boîtes de palier que directement des paliers, grâce à un milieu réfrigérant, pour que les surfaces de portée soient elle s-m$ mes à une température qui exclue la possibilité de dommage. De plus, la surveillance des différents ea-25 placements do portée et également le remplace ment éventuel d'éléments défectueux se trouvent sensiblement simplifiés. Les buts proposés sont plus faciles à atteindre si le boîtier d'axe comporte une paroi tubulaire intérieure supportant les paliers, st une paroi extérieure qui ferme complète-30 ment le boîtier vers l'extérieur, et dans ce cas la paroi intérieure est par exemple de forme cylindrique et peut être appuyée et renforcée au moins à deux endroits sur la paroi extérieurei Il est recommandable dans ce cas que le renforcement de soutien le plus voisin de la pale de l'aube, soit disposé de façon à ê-35 tre éloigné des extrémités des deux parois, de façon qLi'au moins rd^ BAO ORIGWAL ° 69 14796 2 2013758 entre les deux parois il y ait un espace creux ouvert dans la direction de l'aube et entre les renforcements au moins un espace creux fermé. Les esjjaces creux fermés d'au moins un groupe de boîtiers 5 d'axe peuvent ê:re reliés a une conduite de répartition pour un gaa réfrigérant, par exemple de l'air. Si, de plus, l1espace creux ouvert et l'espace creux relié à la conduite do répartition, sont reliés ensemble par un ou plusieurs alésages ménagés dans la partie renforcée de soutien se trouvant entre eux, 10 il est possible d'amener la quantité nécessaire d'air de refroidisse aent à nartir de la conduite de répartition jusqu'à la la partie de chaque boîtier/plus exposée à une élévation de la température. Ce mode de réalisation est simplifié si les espaces creux fermés eux-mômes constituent des parties de la conduite do 15 répartition, les espaces creux de deux boîtiers voisins , quelconques étant toujours reliés entre eux par des pièces tubulai-res de la conduite de liaison. La paroi tubulaire intérieure peut au moins au voisinage de ses extrémités comporter, pour chacune de celles-ci, un alé-20 sage cylindrique et une douille de palier. Il est recommandable pour les douilles de palier de choisir comme matériau une matière synthétique appropriée au travail à sec sans amenée particulière de lubrifiant et résistant à des températures élevées, par exemple, la matière synthétiqu- courante dans l'industrie et 25 connue sous le nom "DU", qui résiste jusqu'à des températures de 280°G. En dehors du palier le plus éloigné do la pale/le l'aube, on peut prévoir entre le bout d'axe et la boîte de palier, une garniture d'étanchéité qui empêche que du gaz réfrigérant ne s'échappe du boîtier d'axe pour aller passer dans la chambre 30 à 1'extérieur du support d'aubes. Il est indiqué que le boîtier d'axe ne soit soutenu que par sa paroi extérieure sur le support d'aubes, de façon que la paroi intérieure qui supporte les paliers ne reçoive pas immédiatement du support d'aubes la chaleur qui en provient. La paroi 35 intérieure du boîtier d'axe se termine alors à l'intérieur de la COPY BAD ORIGINAL^ 14796 3 2013750 paroi extérieure on une chambre parcourus par un gac réfrigérant . Le boîtier d'axe peut être assujetti sur le support d'aubes avec l'aide d'une collerette, et il est dans ce cas .rc-com-mandeble de fairs quo là collerette entoure le boîtier d'axe lui-mêi» à une c^rte.ine dist-mee du support d'aubes. L'espace creux ouvert peut contenir un élément liaiteur de section, qui avec les parois intérieure et oxtérieure, limite le larg de leur surface, un trajet d'écoulement aplati pour un gaz réfrigérant, ce trajet d'écoulement ayant une section droite d'écoulement diminuée. Il est indiqué de fabriquer un toi élément limiteur de section en tôle. Dans ce cas, il présente une section droite en forme de U et il convient de prolonger le jambage extérieur de.l'U par rapport au jambage intérieur de telle façon qu'il vienne porter sur le support d'aubes. On peut alors pratiquer dans le prolongement des perçages à travers lesquels le gaz réfrigérant p..-ut s'écouler contre le col de l'aube. C\ D'autres buts et caractéristiques de l'invention ressor-tiront de la description détaillée suivante considérée en liaison avec les dessins annexés r ^présentant à titre illustrât!!' "nais nullement limitatif, plusieurs modes de réalisation de 1'invention. Sur les dessins, Les figures 1 à 4 représentent l'invention d'une façon schématique. La figure 1. représente une coupe faite à travers une partie d'une couronne d'aubes aelor 11 invention, suivant le pliai de er.upe I-I des figures 2, 3 ot 4. La figure 2 représente une coupe dans le plan de coupe II-II de la figure 1. La figure 3 représente une coupe dans le plan III-III 'je-lon les figures 1, 2 st 4. La figure 4 aontre encore un- coupe selon le plan 17-1'/ do la figure 1. bad original 69 14796 4 2013750 D'autre-s acaes de réalisation du 11 invention que ceux représentés sur l,s figures 1 à 4 sont montrés par la figure 5 en ce rai concerne le mode d'exécution des aubes et le refroidissement des pali-.ro, dans lu plan de cwmpe III, figures 1, 2 st 4, 5 et La figure f montra enfin 'ont. :1cs autres façons de réaliser la liaison i_3 tubes élastiques et des boîtes de palier dans le plan de coup.-. III, figures 1, 2 et 3. La couronne d'aubes directrices est maintenuy par un sup-10 port d'aubes-1. "Jn nombre assez grand (par exemple 28) d'aubes sont dispesées sur sa périphérie, en direction à peu près radiale par rapport à l'axe du rotor dans le plan de couronne III-III. Tour chaque c.ube, le support d'aube comporte un alésage 2 auque1 fait suite un élargissement d'alésage 3 destiné à recevoir 15 ls boîtier 4 a. l'axi correspondant. Chaque aube comporte une partie 5 léchée par le fluide de travail, un col 6, un goujon d'aube 7, et un bout d'axe 8. Chaque- boîtier d'axe 4 -ijt fixé individuellement à l'extérieur sur le support d'aubes 1. Il comporte une paroi inte-20 ricurc S qui a ur.e forme tubulaire et qui porte les paliers 10 et 11 de l'aube. intérieurement, le boîtier d'axe est entouré par uns paroi e~:éri.-:ure 20. La paroi intérieure est renforcée et appuyée suivant une surface annulaire en deux emplacements 12 et 13 sur la paroi extérieure de telle façon qu'il existe un 25 espace vide ouvert ou chambre ouverte 14 et un espace vide fermé ou chambre fermer- 15. Les chaGibr^3 fermées 15 d'au moins un groupe de boîtiers d'axe sont reliés entre elles par des tubes 17. Les tubes de liaison 17 ccnsTituent avec les chambres fermées 15 une condui-30 te de répartition 16 qui amène, aux boîtiers d'axe auxquels elle est réunie » une certaine quantité de milieu gazeux réfrigérant, par exemple l' iir. A cet effet, au moins un des boîtiers reliés a la conduite de répartition 16, est en outre relié à uae conduite a'r..â:a; 1 S, qui. fournit la quantité totale de gaz n.-35 eus2aire pour 1. refroidissement de tous les boîtiers raccordés BAD ORIGINal COPY 69 14796 5 2013758 à la conduite de répartition. Il peut pair exemple y aroir deux tubes d'amenée reliés aux deux boîtiers d'axe qui sont placés sur le demi-support inférieur d'aube, au voisinage du plan de séparation axiale. Après asseablaga du deai-support inférieur 5 d'aubt.s ot du demi-support supérieur, et"après mise en place des tubes do liaison 17? on obtient une conduites de répartition 16 fermée sur elle-même avec deux raccordements d'amenée- qui se trouvent en face l'un de l'autre et à peu près aux extrémités d'un diamètre. On n'a plus besoin de séparer les conduites d'a-10 menée lorsqu'on effectue des travaux de contrôle et de nettoyage sur les couronnes d'aube mobiles. La chambre ouverte 14 et la chambre fermée 15 qui constitue^âans chaque boîtier une partie de la conduite de repartition 1S, sont reliées l'une à 11 -Titre par des alésages 18 à travers lesquels la quantité partiel-15 le de gaz réfrigérant correspondant à chaque boîtier d'axe est dérivée à partir de la conduite de répartition vers les divers endroits à refroidir. c-. On choisit un matériau synthétique permettant de marcher à sec sans lubrifiant et résistant à des températures élevées 20 pour constituer les paliers 10 et 11 qui sont disposés aux deux extrémités du tube formé par la paroi intérieure 9. Ces matériaux synthétiques permettent d'atteindre des températures allant jusqu'à 200°C et davantage sans dommage et possèdent des propriétés de glisse-aent facile qui rendent superflu 25 de prévoir une amenée particulière de lubrifiant. Le bout d'axe 8 destiné à ces paliers doit Être constitué en un matériau qui pe~at glisser sans usure et sans graissage particulier sur un matériau synthétique ainsi choisi pour lss paliers sans souffrir lui-même de dommage et sans endommager un palier. 30 Le boîtier d'axe 4 est soutenu par sa paroi extérieure 20 dans l'evidement 3 du support d'aube 1. Il est tiré contre le support d'aube au moyen de la collerette 21, et il pince en même temps une plaque annulaire 22. La collerette- 21 entoure le boîtier d'axe à une certaine distance du support d'aube de "telle 35 façon que le moins de chaleur possible -- .. lui soit transmise. BAD OR!^im 69 14796 6 2013758 La partie 5 de l'aube léchée par le fluide de travail se prolonge à son pied par le col 6 ijuni d'ailettes de refroidissement 23, et au col fait suite le goujon 7 de l'aube. L'élément formé par les parties 5, 6 et 7 est inséré dans la pièce S soit 5 la presse, soit par rétreinte, en le soumettant préalablement a un refroidisseur intense. On peut également retreindre la pièce 8 sur le goujon 7. Le cas échéant, les deux pièces peuvent égalenent être réalisée s sous forme de pièces coulées surmoulées, - par exemple par un moulage de précision - et dans ce cas on 10 emploie pour la piece 5 léchée par le fluide de travail, un a-cier résistant à la chaleur, et pour la partie de pied en particulier pour les 0uîplaceaent3 du- paliers, un matériau possédant de "îonn-.s caractéristiques lui permettant de travailler à sec. Un palier axial ou crapaudine est disposé à l'extrémité 15 du bout d'axe 8, ot ce palier axial se compose d'un disque no-bile 24, de deux bagues cle glissement 25 et d'une platine 26 qui est maintenue par le boîtier 4. TJne garniture d'étanchéité 55 est disposée dans une rainure du disque 26, ot empêche que du gaz réfrigérant ne s'écliap-20 pe hors du boîtier d'axe le long des paliers d'axe et ne pénètre dans l'espace entourant le support d'aubes 1. Le disque mobile 24 et les bagues de glissement 25 sont serrés ensemble par le moyeu 27 de la tige de réglage 28 contre 11 épaulement 29 du bout a'axe 8, si bien qu'ils accompagnent les 25 déplacements de rotation. Les ailettes de refroidissement 23 sur le col de l'aube sont entourées par une douille 30 qui est pressée par le ressort 31 contre un évidement 32 du segment annulaire 33. La douille 30 est inserée dans la plaque annulaire 22 avec jeu. Elle est 30 ' maintenue en direction axiale, par une rondelle Seeger 34 afin de ne pas toiber au dehors. Inversement la douille est ajustée étroitement sur les ailettes de refroidissement si bien qu'elle est centrée sur l'.azbe et eu'-..-lie peut s'adapter sans résistance a ce guidage à l'intérieur de la plaque annulaire 22. Les ailot-35 "kes de refroidissement 23 possèdent des fraisau.es 25 qui sont dé- BAD original COpy 14796 1 i 2013758 calés d'une ailette à l'autre, on alternance d'un demi-périmètre et qui sont ainsi divisés on deux groupes se faisant face. On voit que l'air de refroidis se munt arrivant' par la conduite d'e/sonér "19 par exemple a une température d'environ 130°G et réparti entre les cliambros ouvert; .i 14, s'écoule dans ccIles-ci avec vc.\~ vit', s se accrue c outre 1" col de l'aube sous for oc d'une couche mince entre le limitour de section 36 et les parois intérieure et extérieure S et 20. l'air de refroidissement s'é-coulant le long de la paroi extérieure 20 est conduit par les alésages 32 contre le col de l'aube. L'air de refroidissement se divise en deux moitiés pour s'écouler entre les ailettes de refroidissement, et les deux moitiés correspondent respectivement à l'un;- des faces et à l'autre face du col de l'aube. En face de l'emplacement d'admission dans la première ailette d.e refroidissement, les deux moitiés se réunissent à nouveau dans le fraisage correspondant à la deuxième ailette de refroidissement. Après s'Être écoulé dans ce'-deuxième fraisage 35, l'air se divise à nouveau en deux moitiés et s'écoule ainsi entre les deuxième et troisième ailettes du col de l'aube. Après être sorti de l'espace intermédiaire contigu à la dernière ailette, l'ai poursuit son trajet par les alésages 39 jusque dans la chambra entourant ces alésavos et s'écoulc ensuite a travers des canaux non représentés dans le canal d'écoulement du fluide de travail a 1'intérieur du support d'aubes. Grâce au mode de construction décrit et au guidage représenté d^ l'air de refroidissement, les paliers des aubes en particulier le palier 10.q_ui est disposé près du support d'aube.3 et donc de l'écoulement uu fluide d-_ travail, pouvant Être maintenus un- température qui perm.t d'assurer une marche exempte de difficultés. Le gaz dt refroidissement agit d'abord comme gaz- de verrouillage pour le boîtier d'axe étant donné que sa pression doit nécessairement être toujours supérieure à la pression du fluide de travail dans l'espace du rotor. On empêche ainsi que le fluid de travail n des restes du fluid" d-, travail s'infiltrent clan;: bad original 69 14796 8 2013758 le boîti-r d'axe et viennent salir los surfaces de portée du bout d'axe du fait clos corps ou matières étrangères qui peuvent é ven-cuolis.auxit _insi être apportés, on particulier au démarrage isj la machine. In outre, grâce à la- garniture d'étanchéitê 55, 3 le velus:.-ni co.:;.:ri'j encre la paroi intérieure S «t le bout d'axe 6, est hcrméTiJuameivo séparé le l'espace entourant le support ct'aub.is. i, ;i bien que même dans 1« cas d'un;.- surpression •cVOïitUollô du fluide de travail, un écoulement le long aes surfaces de portée, se trouve uiaptciié. 10 La partie i'aube 5 léchée par le, fluide de travail atteint une température allant jusqu'à 500°C ot davantage. Il s'ensuit 'an écoulement de chaleur par le col 6 de l'aube, 1j goujon d'aube 7, le boufc d'axe et le palier, vers les endroits à température plus basse situés sur la face extérieu-15 re de la machine. Cet écoule ..nent do chaleur est déjà sensiblement freiné avant les paliers du fait qu'on enlève par les ailettes de refreééissement une quantité de chaleur importante avant que le bout d'axe ne soit atteint par l'air de re-froidis-ic snt. On peut ainsi encore obtenir un amortissement supple-20 dentaire de l'écoulement cte chaleur du fait que la section du bout d'axe d'auce et eu col de l'aube peut Être diminué par un alésage central 40 ce qui diminua ainsi la section de passage io la conduit- pour 1'écoulement de chaleur. La ouille -.e pali..r 10 est refroidie a partir cTe l'exté-25 ri-.ur par l'air a-, refroidissement qui lèche la paroi intérieure S à son extrémité libre. La parti- d'air de refroidisse :vent qui £'«coule sur la face intérieur, de la paroi extérieure 20 diminue 1'écoul3a;nt de chaleur à partir du support d'aubes 1, au travers de la paroi extérieure, vers les renforcements 12 30 et 13 de la parei intérieure 9 .jt âe/Là, vers les douille-s de-palier 1C 3t l5. Toutes e-s vrscautions réuni-3 garantissant aux paliers 10 et 11, une t-_::."'ératur; iméri'ure à 200°C et bannissent ainsi le danger d:. perturbations. 35 S.AD ORIGINAL COPY 69 14796 s 2013758 Si l'aube est fabriquée sous forme d'une pièce coulée moulée par surmoulage (figure 5), il se produit entre la partie d'aube 5 léchée par le fluide de travail, ot le bout d'axe 8 une-liaison métallurgique dans la région du col do l'aube 6 par 5 exemple a l'emplacement 41. A cet emplacement do liaison sur un intervalle de faible extension, les deux Matériaux différents s'allient l'un avec l'autre, si bien qu'une fois la pièce coulée surmoulée terminée, l'aube se présente sous forme d'une pièce monobloc que l'on pèut usiner. On traitera le processus 10 de surmoulagc de telle façon que l'alliage se forme à un endroit où il n'y a plus de chaleur qui puisse être apportée , du moins à partir du fluide do travail otn inversement, où l'aube ne se trouve pas encore dans un palier. Èn particulier, dans le cas d'aubes qui sont fabriquées 15 sous forme de pièces coulées surmoulées, mais aussi pour les aubes où les deux matériaux différents sont réunis l'un à l'autre d'une manière mécanique par pressage ou par rétreinte, il peut être recommandable de refroidir immédiatement au moins le palier 10 du bout d'axe qui trouve le plus près de l'écoulé— 20 ment de fluide de travail. A cet effet, en pratiquant un évi-dement annulaire du bout d'axe 8 à 1'emplacement 42, et en disposant un tube de palier 43 constituant une sorte de rabat on limite un espace creux 44. Cet espace communique par des perçages 45 avec l'espace 46 entourant le col de l'aube et commu-25 nique en outre par les perçages 47 avec l'alésage central 40. L'alésage central débouche a l'air libre si bien qu'une quantité partielle du flux de milieu refroidissant, limitée par un orifice de calibrage, se trouve dérivée dans l'espace 46 et est envoyée dans l'espace On refr-oidit efficacement do cotte 30 manière la douille de palier 43 et le palier de matière synthétique 10 qui s'appuie sur elle. - Si l'on donne aux tubes élastiques 17 (figur3 6) une longxuair plus grande qtu 1'écartea^nt des boîtiers adjacents 4, les tubes élastiques peuvent être préalablement contraints par un outil ap-35 oroprié inséré entre les boîtes de palier et peuvent être détendus ensuite. Ils sont alors disposés élastiquemont aux ouvertures 48 des boîtiers d'axe 4 et sont pressés contre celles-ci, d'une manière supplémentaire, par la pression intérieure régnante. Les bagues de raccordement 48 des tubes élastiques reçoivent d'une maniè-40 re appropriée des collets 50 grâce auxquels les tube s élastiques peuvent être saisis par un outil spécial pour être comprimés. BAD original cp?s 69 14796 10 2013758 REVENDICATIONS 1. Couronne d'aubes directrices pour turbo-machines comportant des aubes dont l'angle de position par rapport au plan de la couronne peut être réglé en-faisant tourner l'aube autour d'un axe dirige selon la dimension longitudinale de l'aube, cou- 5 ronne d'aubes caractérisée par le fait que chaque aube est maintenue- dans une portée par son bout d'axe tournant (8) dans un boîtier d'axe (4) disposé extérieurement sur le support d'aubes (1). 2. Couronne d'aubes directrices selon la revendication •9 1, caractérisée par le fait que le boîtier d'axe (4) comporte util paroi tubulaire (9) intérieure qui supporte le palier et ui±e paroi extérieure (20) qui ferme complètement le boîtier vers 1'extérieur. 3. Couronne d'aubes directrices selon la revendication 15 2, caractérisée par le fait que la paroi intérieure (9) du boîtier d'axe (4) est de forme cylindrique et est appuyée et renforcée au moins en deux endroits (12 et 13) sur la paroi extérieure (20) et que le renforcement (12) situé le plus près de la pale (5) de l'aube, est éloigné des extrémités des deux parois, po si bien qu'il existe entre les deux parois un espace creux ouvert (14) tourné v^-rs l'aube, et au moins un espace creux fermé (15) entre les renforcements. 4. Couronne d'aubes directrices selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les espaces creux fermés 05), ^ eont au moins poiir -un groupe de boîtiers d'axe (4), reliés à une conduite de répartition (16) pour un gaz réfrigérant (par exemple de l'air). 5. Couronne d'aubes directrices selon la revendication 4, caractérisée par le.fait que les espaces creux fermés (15) formant eux-mêmes des parties de la conduite de répartition (16), du fait que l.s espaces creuse chaque couple de boîtiers voisins, sont reliés entre eux par des pièces tubulair^s (17) de la conduite de liaison. i b*dofhqinal ,opy « 69 14796 2013758 6. Couronne d'aubos directrices selon la revendication 4, caractérisé. :ar le fait que 1'espace creux ouvert (14) ot l'espace creux îzvzé (15) relié à la conduite vis répartition (16) sont r.-.liés entre- eux pe-r au moins un perçage (18) dans X- 5 rt-ni'orc'':lent (;2) situe entre eux. 7. Ceuronne à1 a: L? 3 directrices selon la revendication 2, caractérisée par lo fait que- la paroi intérieure tubulaire (S) présente, au a oins au voisinage de- ses extrémité^ pour chacune de celles-ci un alésage cylindrique portant une douille do 10 palier (10 ou 11). 8. Couronne d'aubes directrices selon la revendication 7, caractérisée par le fait que les douilles de palier sont constituées d'un matériau synthétique approprié à la marche a sec sans a..:enée de lubrifiant particulière et résistant à des 15 températures élevées. 9. Couronne d'aubes directrices selon la revendication 7, caractérisée par le fait qu'une garniture d'étanchéité est disposée a l'exttrieur du palier éloigné de la pale de l'aube entre le bout d'axe et le boîtier de palier, et que cette &ar- 20 niture d'étanchéité oapéciie que du gas réfrigérât ne s ' échappe du boîtier d'axe, pour all^r pénétrer dans l'espace situé à l'extérieur du support d'aubes. 10. Couronne d'aubes directrices selon la revendication 2, caractérisée par le fait -me le boîtier d'axe (4) est appuyé 25 par- sa paroi ultérieure (20) sur le support d'aubes (1). 11. Couronne d'aubes directrices selon la revendication 2, caractérisée par le fait que la paroi intérieure (9) du boîtier d'axe se termine i l'intérieur de la paroi extérieure (20) -maie chancre (45) parcourue par un gas réfrigérant. 30 12. Couronn. d'aubes directrices selon la revendication 1, c 35 co?s bad original 14796 12 2013758 13. Couronne d'aubes directrices selon la revendication 2", caractérise,. par 1- fait qu.6 l'bspace creux ouvôrt (14) contient un éié.ie-it liait.ur d-..-- *33Ction (36) qui, pour un gaz rr.fr gérant, limite wee la parci extérieure (20) ot la paroi inie— 14. Couronn.- d'aubes directrices selon la revendication 1-3, caractérisée p«r le fait que 1 'élément limiteur.de section est fabrique en tôle (36). 15. Couronne d'aubes directrices selon la revendication 14, CiU' .cterisée par le fait que l'élément limiteur de section (36) a une section trahis ver sale en forrûo d'U, que le jambage -rtérieur de l'ïï est prolongé par rapport au jambage intérieur do "bile façon qu'il vient porter sur le support d'aubes (1) et que des perçages (38) sont ménagés dans ce prolongement, perçages à travers lesquels un gaz réfrigérant peut s'écouler contre le col (6) de l'aube. rieur~ , 1. Ion plciti (37) -y.nt u dt- leur surface, un trajet à' écouleront a-ceotion droit-- d'écoulement diminuée. BAD ORIG/Nal