Brevet FR2499148A1 — publié le 19820806

Système pour claveter des roues à aubes sur un arbre. La présente invention se rapporte à un système pour claveter des roues sur un arbre, et elle concerne plus particulièrement un système pour claveter des roues à aubes sur un arbre de turbine à vapeur. Dans les turbines à vapeur de forte puissance, le dernier éta- ge de la turbine atteint des dimensions extrêmement importantes, les au- bes se prolongent sur 1,2 m environ à partir d'un tambour d'environ 1,2 m de diamètre. Il est donc souhaitable de construire ce tambour à l'aide d'un arbre de diamètre relativement petit et de roues calées à chaud sur l'arbre. Même lorsque les roues sont calées à chaud sur l'arbre avec un blocage d'interférence, du fait de la différence d'échauffement et du couple important transmis entre la roue et-l'arbre, il est devenu d'usage courant de claveter la roue sur l'arbre. Les clavettes ont une section droite rectangulaire avec des angles relativement vifs, ce qui a pour con- séquences une concentration très élevée des contraintes dans les angles et, après plusieurs heures de fonctionnement, l'apparition de criques rayonnant à partir des angles des rainures de clavettes. Afin de diminuer la concentration des contraintes dans les rainures de clavettes, on a utilisé des clavettes rondes et on a percé des logements ronds à la jonc- tion de la roue et de l'arbre, de manière à éliminer les angles vifs des rainures rectangulaires de clavettes et, par conséquent, réduire la con- centration des contraintes; cependant, la zone contiguë à l'alésage de la roue est le siège de contraintes très importantes. Les clavettes ron- des provoquent des concentrations moindres de contraintes mais ont pour conséquence des criques qui partent des rainures arrondies de clavettes. L'objet de la présente invention est donc d'éliminer tous les types de concentration des contraintes dans l'alésage de la roue d'un rotor de turbine, et d'empêcher tout mouvement relatif entre les roues à aubes et l'arbre pendant les périodes d'échauffement différentiel ou de vitesse excessive. En raison de cet objet, la présente invention consiste en un rotor de machine à fluide élastique. Ce rotor comprend un arbre à plu- sieurs étages circonférentiels dont le diamètre des étages augmente à partir de l'une au moins de ses extrémités, plusieurs roues à aubes ayant chacune un alésage qui s'adapte à un étage circonférentiel particulier de l'arbre, plusieurs disques d'appui ayant chacun un alésage qui correspond à un étage circonférentiel particulier de l'arbre, et une première série de clavettes fixées au voisinage de la périphérie extérieure de ces dis- 2499 1 48 ques. La présente invention est caractérisée en ce que chaque roue a aubes comporte plusieurs rainures pour recevoir la première série de clavettes, en ce que chaque disque d'appui présente plusieurs rainures formées dans l'alésage et qui correspondent à plusieurs rainures formées dans l'arbre, et en ce qu'une deuxième série de clavettes sont logées dans les rainures correspondantes de l'alésage du disque d'appui et de l'arbre afin d'empêcher toute rotation effective de la roue à aubes par rapport à l'arbre. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la escription suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe partielle d'une turbine et d'un rotor constituant un exemple de réalisation de la présente inven- tion; - la figure 2 est une vue en coupe partie7le suivant le plan de coupe II-II de la-figure 3; - la figure 3 est une vue en coupe partielle suivant le plan de coupe III-111 de la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe partielle à plus grande échelle, suivant le plan de coupe IV- IV de la figure 3; et - la figure 5 est une vue en coupe partielle suivant le plan de coupe V-V de la figure 4. On se reportera maintenant aux dessins et plus précisément à la figure 1 qui représente nile turbine à vapeur à basse pression ou machine 1 à fluide élastique, comprenant un carter ou bâche 3 dans laquelle est placé un rotor 5. Des paliers 7 sont prévus aux extrémités opposées de la bâche 3 pour supporter librement le rotor 5. Une tubulure 9 d'entrée de vapeur est placée dans la partie centrale de la bâche pour amener la vapeur aux rangées d'aubes fixes 13 et d'aubes motrices 15 fixées respec- tivement à la bâche 3 et au rotor 5. Les aubes fixes sont disposées dans des couronnes ou diaphragmes 17 qui sont fixés à la bâche pour créer des étages de pression lorsque la vapeur se détend dans la turbine 1. La bâ- che 3, les paliers 7 et les couronnes 17 de maintien des aubes fixes sont coupés horizontalement de sorte que la demi-bâche supérieure peut être enlevée pour permettre la dépose du rotor 5. Le rotor 5 comprend un arbre à plusieurs étages circonféren- tiels 23 dont le diamètre des étages augmente à partir de chacune de ses extrémités. Des roues à aubes 25 montées sur les étages circonférentiels 23, comprennent un moyeu central 27 et une ou plusieurs rangées circulai- 2 49 914 8 res d'aubes motrices 15 fixées à leur périphérie extérieure. Les moyeux 27 comportent chacun un alésage central 29 dont le diamètre est adapté à un étage particulier ou correspondant 23 de l'arbre 21. L'alésage 29 est normalement légèrement inférieur au diamètre de l'étage correspondant sur lequel il est glissé, ce qui permet de former entre eux un calage à chaud ou blocage d'interférence. Comme le représentent les figures 2 à 5, les moyeux 27 des roues à aubes 25 présentent un contre-alésage 31 et un rebord ou bride 33 à l'extrémité contiguë à l'étage suivant de plus petit diamètre. Un dis- que d'appui 35 est disposé près du moyeu 27. Le disque d'appui 35 compor- te un alésage 37 qui est adapté à un étage correspondant 23 de l'arbre 21. Un bossage 38 est formé près de l'alésage 37 et se loge dans le contre- alésage 31, tandis que le disque d'appui 35 se prolonge radialement vers l'extérieur au-delà de la périphérie de la bride 33 de la roue à aubes. Plusieurs clavettes 41 à talon sont fixées sur le disque d'appui 35 par des moyens de fixation tels que des boulons 43 qui s'engagent sans jeu dans des trous alésés du disque d'appui 35. Les clavettes 41 sont allon- gées de manière à pouvoir recevoir chacune quatre boulons et elles com- portent une partie fraisée 45 qui détermine une partie 47 en forme de ta- lon, cette dernière partie 47 s'emboîtant dans une rainure correspondante 49 de la bride 33 du disque d'appui 25. L'extrémité radiale intérieure du talon 47 est chanfreinée et la rainure 49 présente des angles arrondis suivant un grand rayon afin de réduire les concentrations des contraintes. L'arbre 21 et l'alésage 37 du disque d'appui 35 présentent chacun des rainures respectives 53 et 55 qui coïncident entre elles de ma- nière à former des logements destinés à recevoir les clavettes 57 pour claveter le disque d'appui 35 sur l'arbre 21, et qui coopèrent avec les clavettes 41 et les rainures 49 pour empêcher toute rotation effective de la roue à aubes 25 par rapport à l'arbre 21, même pendant les périodes d'échauffement différentiel ou lorsque le rotor est entraîné à des vites- ses excessives, le blocage d'interférence entre la roue à aubes et l'ar- bre pouvant se desserrer à ces moments-là. Des boutons 61 sont disposés dans des trous 63 formés dans le disque d'appui 35. Ces boutons 61 ont une épaisseur prédéterminée qui est supérieure à celle du disque d'appui 35 afin de régler le jeu axial de montage des roues à aubes. Les boutons 61 présentent une lèvre périphéri- que 62 usinée de manière à permettre l'introduction par pression des bou- tons dans les trous 63 sans créer des contraintes élevées dans le disque d'appui 35 mais en formant un montage serré des boutons dans les trous. 24 9914 8 Le disque d'appui 35 décrit ci-dessus fournit un élément inter- médiaire avantageux pour fixer la roue à aubes 25 sur l'arbre 21 tout en éliminant les concentrations des contraintes dans l'alésage dela roue à aubes 25. Les rainures 49 formées dans le disque d'appui pour recevoir les clavettes 41, sont disposées dans une zone o les contraintes longitudinales sont suffisamment moins importantes que celles de l'alésage, ce qui permet de réduire les risques de criques provoquées par les contrain- tes dans les rainures. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réali- sation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 2499 143 R E Y E N D I C A T I 0 N S 1. Rotor de machine à fluide élastique, comprenant un arbre à plusieurs étages circonférentiels dont le diamètre des étages augmente à partir de l'une au moins de ses extrémités, plusieurs roues à aubes ayant chacune un alésage qui s'adapte à un étage circonférentiel particulier de l'arbre, plusieurs disques d'appui ayant chacun un'alésage qui correspond à un étage circonférentiel particulier de l'arbre, et une première série de clavettes fixées au voisinage de la périphérie extérieure de ces dis- ques, ce rotor étant caractérisé en ce que chaque roue à aubes comporte plusieurs rainures (49) pour recevoir la première série de clavettes (41); en ce que chaque disque d'appui (35) présente plusieurs rainures (55) for- niées dans l'alésage et qui correspondent à plusieurs rainures (53) formées dans l'arbre (29); et en ce qu'une deuxième série de clavettes (57) sont logées dans les rainures correspondantes (53, 55) del'alésage (37) du dis- que d'appui (35) et de l'arbre (21) afin d'enmpêcher toute rotation effec- tive de la roue à aubes (27) par rapport à l'arbre (21). 2. Rotor suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la roue à aubes (27) présente un rebord (33) à l'extrémité contiguë au dis- que d'appui associé (35); et en ce que les rainures (49) sont formées dans le rebord (33). 3. Rotor suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le disque d'appui (35) comporte un bouton (61) disposé dans ce disque, ce bouton (61) ayant une épaisseur prédéterminée afin de régler le jeu axial lorsque les roues à aubes (27) sont montées sur l'arbre (21).