Brevet FR2225616A1 — publié le 19741108

La présente invention concerne le domaine des turbines à vapeur et, notamment les diaphragmes d'étage d'une turbine à vapeur. La présente invention peut être appliquée avec succès pour évacuer la phase liquide grossièrement dispersée depuis les diaphragmes des étages des turbines utilisant la vapeur humide. On connaît un diaphragme d'étage de turbine à vapeur qui comporte des aubes directrices creuses, chacune desdites aubes étant fixée par une extrémité à la jante du diaphragme et par l'autre au corps du diaphragme. Le diaphragme est disposé en amont de la roue mobile de manière que le courant principal de vapeur humide s'échappant des canaux des aubes directrices, formés par les profils des aubes contiguës, actionne la roue mobile de la turbine et la mette en rotation. Le diaphragme et la roue mobile constituent un étage de la turbine. La partie de passage de la turbine à vapeur est constituée par la suite des étages disposes en série. La vapeur humide est constituée par les phases gazeuse et liquide. Pendant le passage du courant de vapeur humide à travers les canaux ménagés èntre les aubes directrices, la phase liquide se dé- pose sur les surfaces de ces aubes directrices et se dirige vers les arêtes de sortie. La phase liquide se détachant des arêtes de sortie des aubes directrices tombe sur les aubes de la roue de la turbine. Le vecteur vitesse de la phase liquide est orienté dans le sens opposé au vecteur vitesse de rotation de la roue mobile, ce qui tend à s'opposer à la rotation de cette roue mobile en la freinant et a pour conséquence une réduction du rendement de l'étage et, par suite, de toute la turbine. En plus, la phase liquide entrant en contact avec l'aubage de la roue mobile provoque l'érosion de ce dernier ce qui diminue la fiabilité et la longévité de cet aubage mobile et, par conséquent, de toute la turbine. Les tentatives entreprises jusqu'ici pour supprimer la pénétration de la phase liquide dans l'aubage de la roue mobile de la turbine ont été réalisées suivant deux méthodes : soit évacuation de la phase liquide vers la périphérie, soit évacuation de la phase liquide à partir des surfaces de l'aubage directeur du diaphragme à travers des canaux intérieurs. Dans le cas d'évacuation de la phase liquide vers la périphérie, cette phase est rejetée sous l'action du courant principal de vapeur humide et de la force centrifuge sur les aubes de la roue mobile vers la zone périphérique et, ensuite évacuée de la partie de passage. Les essais ont fait apparattre que l'évacuation de 1'humidité vers la périphérie est peu efficace A titre d'exemple de l'évacuation de la phase liquide depuis les surfaces des aubes directrices, on peut citer le diaphragme de l'étage de condensation qui comporte des aubes directrices creuses. Une extrémité de chaque aube est fixée à la jante du diaphragme tandis que l'autre extrémité est fixée au corps du diaphragme. Dans chaque aube directrice creuse est ménagée une fente servant à éva- cuer la phase liquide de la vapeur humide. Cette fente est ménagée le long de la surface de l'aube sur son arête de sortie et reliée à la cavité de l'aube. Cette cavité est en communication avec le condensateur. La phase liquide s'écoulant suivant le profil de l'aube directrice est aspirée à travers la fente dans la cavité de l'aube par suite de la différence des pressions régnant dans le canal, formé par les profils de deux aubes contiguës, et dans la cavité de l'aube directrice. A partir de cette cavité, la phase liquide est véhiculée à travers le corps ou la jante du diaphragme vers le condenseur.Toutefois, une telle réalisation du diaphragme du dernier étage de condensation ne permet d'évacuer de la partie de passage qu'une petite quantité de phase liquide du fait que les fentes sont disposées dans la zone des gradients élevés des pressions où la phase liquide est fractionnée, séparée et entraînée par le courant principal de vapeur humide vers la roue mobile de l'étage. Cela provoque l'érosion complémentaire des aubes de la roue mobile et le freinage de ladite roue, ce qui se traduit par la réduction du rendement de l'étage. On connaît également le diaphragme de l'étage basse pression des turbines à vapeur. Ce diaphragme de l'étage basse pression comprend des aubes directrices creuses, réalisées partiellement soit complètement en un métal poreux. Une extrémité de chaque aube est fixée à la jante du diaphragme tandis que l'autre extrémité est fixée au corps de diaphragme. La cavité interne de l'aube est reliée au condenseur. En arrivant à la surface de l'aube directrice à la suite de la différence de pression, régnant dans les cavités des aubes directrices et dans les canaux des aubes directrices, la phase liquide est aspirée dans les cavités des aubes directrices et évacuée ensuite dans le condenseur. Cependant, l'efficacité de l'évacuation de la phase liquide depuis la surface des aubes directrices du diaphragme n'est pas suffisamment élevée car une partie de la phase liquide en se heurtant contre la surface poreuse revient de nouveau dans le courant de vapeur humide et provoque de ce fait l'érosion des aubes de la roue mobile, autrement dit la dégradation progressive des arêtes d'entrée desdites aubes, ce qui conduit à une réduction du rendement de l'étage. On connaît, en outre, un diaphragme pour étage de turbine à vapeur dans lequel l'humidité est séparée au moyen de canaux intérieurs. Le diaphragme comporte des aubes directrices creuses. Une extrémité de chaque aube est fixée à la jante du diaphragme tandis que l'autre extrémité est fixée au corps du diaphragme. Dans l'aube creuse sont prévus des orifices servant à évacuer l'humidité. Ces orifices sont percés sur l'ar8te d'entrée de l'aube et reliés à la cavité de l'aube. Cette cavité est reliée au condenseur de la turbine. La phase'liquide s'écoulant suivant le profil de l'aube directrice est aspirée sous l'effet de la différence des pressions entre les canaux des aubes directrices et les cavités, à travers les orifices d'abord dans les cavités des aubes et ensuite elle passe à travers le corps et la jante du diaphragme et arrive au condenseur. Toutefois, une telle réalisation du diaphragme ne permet d'évacuer de la partie de passage de la turbine qu'une petite quantité de phase liquide car les orifices percés dans les aubes directrices se trouvent dans la zone de gradients élevés deys pressions et, de ce fait la phase liquide est fractionnée et puis entraînée par le courant principal de vapeur humide vers les aubes de la roue mobile. En se heurtant contre les arêtes d'entrée des aubes de la roue mobile, la phase liquide provoque l'érosion et, donc la dégradation progressive des arêtes d'entrée desdites aubes1 ce qui conduit à la réduction du rendement de l'étage. On connaît également un diaphragme pour étage de la turbine à vapeur dans lequel lthumidité est séparée au moyen des canaux intérieurs. Le diaphragme comporte des aubes directrices creuses. Une extrémité de chaque aube directrice est fixée à la jante du diaphragme tandis que l'autre extrémité est fixée au corps du diaphragme. Sur chaque aube creuse sont prévues des rainures sur l'arête de sortie des faces convexe et concave. Ces rainures sont mises en communication avec la cavité intérieure de l'aube qui à son tour est mise en communication avec le condenseur. La phase liquide s'écoulant suivant le profil de l'aube directrice pénètre grace à la différence des pressions régnant dans la cavité de l'aube directrice et dans le canal formé entre les aubes directrices contiguës, pénètre dans la cavité interne de l'aube et gagne ensuite le condenseur. Cependant, une telle réalisation du diaphragme ne permet d'évacuer de la partie de passage de la turbine qu'une petite quantité de phase liquide car les fentes sont disposées dans la zone des gradients élevés des pressions où la phase liquide est fractionnée, séparée et ensuite entraînée par le courant de vapeur humide, ce qui conduit à l'érosion des aubes de la roue mobile et à la réduction du rendement de l'étage. On connaît encore un diaphragme pour étage de turbine dans lequel l'humidité est séparée au moyen de canaux intérieurs que comportent les aubes directrices creuses. Une extrémité de chaque aube directrice est fixée à la jante du diaphragme tandis que l'autre extrémité est fixée au corps dudit diaphragme. Dans chaque aube sur la surface concave est ménagée en outre une fente servant à évacuer l'humidité. Sur la surface concave des aubes sont percés des orifices au-dessous des fentes suivant le courant de vapeur et suivant la ligne de la pression constante à la hauteur de l'aube. Chaque ensemble de fentes et d'orifices est pourvu d'un volet indépendant et d'une enceinte de vidange. La cavité interne de chaque aube est cloisonnée en chambres isolées qui à son tour sont reliées au condenseur. La phase liquide s'écoulant suivant le profil de l'aube directrice parvient, gracie à la différence des pressions, régnant dans les cavités des aubes directrices et dans les canaux ménagés entre aubes directrices, dans les chambres internes des aubes et gagne ensuite dans le condenseur. Cependant, une telle réalisation du dispositif directeur ne permet pas de conserver la pellicule d'humidité dans la zone des fentes d'évacuation de l'humidité, disposées dans la zone des gradients élevés de pressions. La pellicule est fractionnée et entraînée par le courant principal et ne pénètre pas dans les fentes d'évacuation de l'humidité. En tombant sur les aubes de la roue mobile, la phase liquide détériore les arêtes d'entrée de ces dernières et provoque ainsi une réduction du rendement de l'étage. Le but de l'invention est de mettre au point un diaphragme pour étage de turbine à vapeur, dont les aubes directrices assure raient l'évacuation de le phase grossièrement dispersée du courant principal de vapeur humide. Ce but est atteint du fait que dans un diaphragme pour étage de turbine à vapeur comportant des aubes directrices creuses dont une extrémité est fixée à la jante du diaphragme tandis que l'autre extrémité est fixée au corps du diaphragme, chaque aube étant pourvue d'une fente au moins d'évacuation de la phase liquide du courant humide, en communication avec la cavité de l'aube, conformément à l'invention, chaque aube directrice creuse étant pourvue d'une rainure d'accumulation de la phase liquide, disposée du coté de l'entrée de la vapeur humide et creusée dans la surface plane du profil de l'aube, la fente à travers laquelle est évacuée la phase liquide étant disposée dans ladite rainure. Réalisé suivant cette caractéristique, le diaphragme de la turbine à vapeur supprime la réduction du rendement de l'étage de la turbine. Ceci est obtenu par l'évacuation de la phase liquide grossière- ment dispersée du courant de vapeur humide. La pellicule de liquide s'écoulant dans la rainure supprime la possibilité du rebondissement des gouttes qui se produit lorsqu'elles heurtent contre l'aube directrice et leur retour dans le courant de vapeur humide. La phase liquide s'accumule donc dans la rainure de chaque aube directrice à partir de laquelle la phase liquide est aspirée à travers la fente dans la cavité de l'aube directrice C'est grâce à la diminution notable de la quantité de phase liquide grossièrement dispersée et donc à la réduction de l'érosion qu'on a réussi à augmenter la longévité et la fiabilité des aubes de la roue mobile de l'étage de turbine. Il est avantageux que la rainure soit disposée sur la surface plane de la partie convexe de l'aube ayant un gradient relativement petit de pression. Une telle disposition de la rainure supprime la séparation et l'entraînement de la phase liquide, accumulée dans ladite rainure, par le courant principal de vapeur humide, et contribue à l'augmentation de la quantité de phase liquide évacuée de la partie du passage de la turbine formée par l'étage. Il est avantageux de disposer les fentes, servant à évacuer l'humidité, sous un angle de 1500 par rapport au plan passant par les arêtes d'entrée des aubes directrices creuses ce qui accroit la quantité d'humidité évacuée. Il est avantageux également de choisir les dimensions des feii- tes de manièro que la vitesse du courant principal de vapeur humide à travers ces fentes soit égale approxixnativement à la vitesse du courant principal de vapeur humide. C'est grâce à cela qu'est assurée une aspiration efficace de la phase liquide depuis la rainure. La réduction de la vitesse d'aspiration de la vapeur humide à travers les fentes provoque l'en- traînement complémentaire de la phase liquide depuis les rainures par le courant principal régnant dans les canaux ménagés entre les aubes directrices et, de ce fait, l'efficacité de l'évacuation de l'humidité dans le diaphragme décroît. L'augmentation de la vitesse d'aspiration de la vapeur humide à travers les fentes conduit à l'évacuation improductive d'une quantité supplémentaire de fluide moteur depuis la partie de passage de l'étage, ce qui se traduit par la réduction du rendement de l'étage. Le diaphragme, réalisé conformément à l'invention, permet d'évacuer de la partie de passage jusqu'à 8 % de phase liquide soit à peu près 60 % de phase liquide grossièrement dispersée qui est la cause principale de l'érosion des aubes et de la réduction de l'ef- ficacité de l'évacuation de l'humidité. L'évacuation de la phase liquide depuis le cylindre de basse pression de la turbine fixe utilisée dans la centrale a permis de diminuer notablement ltéro- sion des aubes de la roue mobile et d'élever le rendement de la turbine. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description de l'exemple de réalisation qui suit et des dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 représente le diaphragme du dernier étage d'une turbine à vapeur, réalisé suivant l'invention; - la Fig. 2 en est une coupe suivant la ligne II-II de la Fig. 1 mais à plus grande échelle; - la Fig. 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la Fig.2; - la Fig. 4 représente la version de réalisation du diaphragme de l'étage de la turbine à vapeur. Le diaphragme pour dernier étage d'une turbine à vapeur comporte des aubes directrices 1 constituées par des éléments soudés (Fig. t). Une extrémité de chaque aube est soudée à la jante 2 du diaphragme tandis que son autre extrémité est soudée au corps 4 du diaphragme par l'intermédiaire d'un bandage 3. La jante 2 et le corps 4 du diaphragme peuvent être des éléments soit moulés soit soudés. Du coté de entrée de la vapeur humide, chaque aube directrice 1 est pourvue d'une rainure 5 (Fig. 2) servant à accumuler la phase liquide. Dans cette rainure 5 sont pratiquées des fentes 6 servant à évacuer la phase liquide. Les dimensions de chaque fente 6 sont choisies de manière que la vitesse du mélange vapeur-eau à travers la fente soit approximativement égale à la vitesse d'écou- lement du courant principal de vapeur humide. Les profils des aubes directrices contiguës 1 forment le canal 7 (Fig. 3) à travers lequel passe le courant principal de vapeur humide. La rainure 5, destinée à accumuler la phase liquide, est ménagée dans la surface plane 8 de l'aube 1. Cette surface 8 de la partie convexe de l'aube 1 a un gradient relativement petit de pression. Chaque fente 6 débouche dans l'enceinte 9 de l'aube directrice 1. En vue d'assurer la distance requise entre les arêtes de sortie 10 des aubes directrices 1 et le goulot 11 des canaux directeurs 7, le bandage 12 extérieur (Fig. 2) s'étend seulement sur lapartie de sortie de l'aube directrice 1 et est soudé conjointement avec cette aube 1 à la jante 2 du côté de la sortie dè la vapeur humide. Du côté de l'entrée de la vapeur humide, les aubes directrices 1 sont soudées directement à la jante 2. La cavité 9 (Fig. 3) de l'aube directrice 1 est en communication avec un canal annulaire 13 (Fig. 2) de la jante 2 et avec un canal annulaire 14 du corps 4. La jante 2 est percée d'orifices 15, qui sont disposés au droit de chaque aube directrice -1 et à travers lesquels le canal annulaire 13 est relié au condenseur (non représenté) et un canal annulaire 16 est ménagé du côté de l'entrée de la vapeur humide pour l'évacuation de l'humidité de l'étage précédent. Selon une variante de réalisation du diaphragme du dernier étage de la turbine à vapeur, les fentes (Fig. 4) destinées à l'é- vacuation de la phase liquide sont disposées sous un angle de 1500 par rapport au plan passant par les arêtes d'entrée 17 des aubes directrices creuses 1, ce qui contribue à l'augmentation de la quantité aspirée de phase liquide. Au cours du fonctionnement du dernier étage de la turbine à vapeur, la vapeur humide sortant de l'étage précédent contient une quantité notable d'humidité grossièrement dispersée. Par suite d'une grande vitesse périphérique, les gouttes sont rejetées vers la périphérie et véhiculées vers la partie convexe des aubes directrices 1 (Fig. 1) du dernier étage. Une partie de l'humidité est évacuée à travers le canal 16 (Fig. 2) ménagé dans la jante 2 du diaphragme, du côté de l'entrée de la vapeur humide, tandis que l'autre partie de lthumidité arrive à la partie convexe des aubes directrices creuses 1. Grâce à la différence des pressions entre la cavité 9 (Fig. 3) de chaque aube directrice 1 et le canal directeur 7, l'humidité passe à travers les fentes 6 et pénètre dans la cavité 9 de l'aube 1.A partir des cavités 9 des aubes directrices 1 de la moitié supérieure du diaphragme, une partie de l'humidité parvient dans le canal annulaire 14 (Fig. 2), ménagé dans le corps 4 du diaphragme, ensuite dan-s la partie inférieure du diaphragme et ayant traverse les cavités 9 de plusieurs aubes 1 arrive au canal annulaire 13 de la jante 2, d'où elle s'écoule à travers les orifices 15 dans le condenseur. Une partie de l'humidité est entraînée par la vapeur humide à travers les orifices 15 en dehors de l'étage. A partir des aubes de la moitié inférieure du diaphragme, l'humidité parvient immédiatement dans la rainure annulaire 13 de la jante 2 du diaphragme et à travers les orifices 15 dans le condenseur. Dans le but d'assurer l'évacuation efficace de l'humidité de- puis la surface des aubes directrices 1, le rapport des surfaces des sections des orifices d'étranglement 15 et des fentes 6 des aubes directrices 1 est choisi tel que la vitesse de la vapeur humide à travers les fentes 6 soit égale à la vitesse d'écoulement du courant principal de la vapeur humide. Une telle vitesse à travers les fentes 6 est une vitesse optimale au point de vue de l'évacuation de l'humidité. Bien entendu, les spécialistes pourront apporter, sans sortir du cadre de l'invention, différentes modifications au diaphragme pour étage de turbine à vapeur qui est décrit exclusivement à titre d'exemple non limitatif. - REVENDICATIONS. 1 - Diaphragme pour étage de turbine à vapeur, ce diaphragme qui comporte des aubes directrices creuses dont une extrémité est fixée à la jante du diaphragme tandis que l'autre extrémité est fixée au corps du diaphragme, chaque aube étant pourvue d'au moins une fente destinée à évacuer la phase liquide du courant de vapeur humide et en communication avec la cavité interne de l'aube, étant caractérisé en ce que dans chaque aube directrice creuse est ménagée, du côté de l'entrée du courant de vapeur humide, une rainure d'accumulation de la phase liquide disposée sur la surface plane du profil de l'aube tandis que ladite fente servant à évacuer la phase liquide débouche dans la rainure. 2 - Diaphragme suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la rainure est ménagée dans la surface plane de la partie convexe de l'aube ayant un gradient relativement petit de pression. 3 - Diaphragme suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les dimensions de la fente sont choisies de manière que la vitesse du courant de vapeur humide à travers ladite fente soit approximativement égale à la vitesse du courant principal de vapeur humide. 4 - Diaphragme suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la fente servant à évacuer la phase liquide est disposée sous un angle de 1500 par rapport à un plan passant par les arêtes d'entrée des aubes directrices creuses.