Brevet FR2846704A1 — publié le 20040507

i JOINT TISSE TUBULAIRE COMPOSITE POUR L'INTERFACE HORIZONTALE DES CLOISONS D'UNE TURBINE A VAPEUR La présente invention porte globalement sur des turbines à vapeur comportant des joints au niveau de la ligne médiane d'assemblage horizontale entre des cloisons 5 supérieure et inférieure, et porte en particulier sur un joint tissé tubulaire composite destiné à être placé entre les cloisons supérieure et inférieure pour assurer l'étanchéité du passage à l'intérieur des cloisons et confiner la vapeur à l'intérieur du chemin de vapeur. Les turbines à vapeur comprennent typiquement des cloisons supérieure et 10 inférieure présentant des brides au niveau de leur ligne médiane d'assemblage horizontale avec des joints à cet endroit pour assurer l'étanchéité entre les cloisons. Des clavettes rapportées sont conventionnellement utilisées à l'interface médiane horizontale pour assurer l'étanchéité entre les cloisons. Ces types de joints métalliques comprennent typiquement des fentes concidentes dans les brides médianes des cloisons supérieure et 15 inférieure et une ou plusieurs clavettes s'étendant dans les fentes pour assurer l'étanchéité entre les cloisons. Les clavettes rapportées sont des éléments rigides allongés faits de métal dont l'efficacité d'obturation repose sur un ajustement serré dans les fentes des cloisons supérieure et inférieure. En raison de ces ajustements serrés, les clavettes rapportées peuvent souvent se coincer pendant l'assemblage des cloisons l'une 20 à l'autre, ce qui entraîne une légère ouverture à l'interface horizontale des cloisons et crée des chemins de fuite de vapeur. Pour des assemblages de cloisons non boulonnées, on a mesuré de tels interstices allant jusqu'à 0,127 à 0,254 mm (5 à 10 mils). Des ajustements serrés au niveau des clavettes peuvent aussi entraîner un défaut d'alignement entre les faces axiales supérieure et inférieure de passage de vapeur, créant 25 aussi des chemins de fuite circonférentiels au niveau de l'interface de passage de vapeur. Comme les clavettes rapportées sont des éléments linéaires, l'obturation d'un chemin de fuite non linéaire requiert une série de clavettes discrètes avec des espaces entre les clavettes, créant des chemins de fuite supplémentaires. En général, des défauts d'alignement entre les clavettes et les fentes, dus à un certain nombre de causes 30 différentes incluant des variations de fabrication, entraînent une fuite importante de vapeur à l'interface des cloisons, ce qui réduit les performances de la machine. En conséquence, il existe un besoin d'un système d'étanchéité amélioré pour les cloisons de turbines à vapeur au niveau de leur ligne médiane d'assemblage horizontale. Selon une forme de réalisation préférée de la présente invention, il est proposé 5 une turbine à vapeur comprenant des cloisons supérieure et inférieure, qui présentent chacune une bride horizontale pour leur accouplement l'une à l'autre et entre lesquelles est placé un joint tubulaire tissé composite pour assurer l'étanchéité entre les cloisons. Le joint est entièrement souple par nature et ne gène pas l'accouplement des brides des cloisons. De plus, quand il est comprimé, le joint se déforme pour épouser la forme de 10 la fente afin de bloquer des chemins de fuite potentiels. Le joint possède aussi une certaine flexibilité qui lui permet de former différentes géométries de joint nécessaires. En particulier, le joint tissé tubulaire comprend un noyau intérieur en métal tissé, une fibre, une feuille métallique et un revêtement extérieur en métal. De préférence, le noyau intérieur en métal est fait d'un acier inoxydable tissé qui est entouré d'une fibre en 15 silice. La fibre est elle-même entourée d'une feuille d'acier inoxydable et le revêtement extérieur est fait d'une matière tressée, par exemple Haynes 188. En raison de l'élasticité du noyau en métal et de la fibre en silice qui l'entoure, le joint tissé est souple. De plus, la couche de feuille métallique entourant la fibre prévient des fuites entre les marges des brides des cloisons le long de l'interface médiane horizontale en confinant l'écoulement 20 de vapeur le long du chemin de vapeur. Le revêtement extérieur tressé sert de surface de protection contre l'usure. Le noyau intérieur en métal et les fibres en silice ont tendance à retenir leur forme de section globalement circulaire, de sorte que le joint, quand il est comprimé entre les marges des brides des cloisons, est préchargé ou enclin à reprendre sa forme de section circulaire. Toute fuite d'écoulement par des interstices autrement 25 formés à l'interface médiane horizontale des cloisons durant le fonctionnement de la turbine à vapeur est donc obturée par le joint tissé tubulaire composite. Dans une forme de réalisation préférée selon la présente invention, il est proposé une turbine à vapeur comprenant une enveloppe extérieure, un carter intérieur placé à l'intérieur de l'enveloppe extérieure et comprenant des cloisons supérieure et inférieure 30 jointes l'une à l'autre le long d'une ligne médiane d'assemblage horizontale, les cloisons supérieure et inférieure présentant des brides concidentes au niveau de la ligne médiane d'assemblage et des gorges dans les brides qui concident l'une avec l'autre, et un joint souple partiellement logé dans chacune des gorges concidentes et comprenant un corps de joint formé de multiples couches de matières différentes pour assurer souplement 5 l'étanchéité des brides concidentes des cloisons supérieure et inférieure l'une contre l'autre le long de la ligne médiane d'assemblage horizontale. Dans une autre forme de réalisation préférée selon la présente invention, il est proposé une turbine à vapeur comprenant un rotor portant une pluralité d'ailettes circonférentiellement espacées, une enveloppe extérieure entourant le rotor, un carter 10 intérieur à l'intérieur de l'enveloppe extérieure et comprenant des cloisons supérieure et inférieure portant une pluralité d'aubes de stator formant avec les ailettes un étage de la turbine définissant en partie un chemin d'écoulement de vapeur à travers les turbines, les cloisons supérieure et inférieure étant jointes l'une à l'autre le long d'une ligne médiane d'assemblage horizontale et présentant des brides concidentes au niveau de la ligne 15 médiane d'assemblage et des gorges dans les brides qui concident l'une avec l'autre, les gorges étant placées radialement à l'extérieur du chemin d'écoulement, et un joint souple partiellement logé dans chacune des gorges concidentes et comprenant un corps de joint formé de multiples couches de matières différentes pour assurer souplement l'étanchéité des brides concidentes des cloisons supérieure et inférieure l'une contre 20 l'autre le long de la ligne médiane d'assemblage horizontale. De préférence, les matières du corps de joint comprennent un noyau en métal tissé, une fibre qui peut être en silice, une feuille métallique et une couche protectrice qui peut être en métal tressé. De préférence, chacune des gorges a une section globalement rectiligne, le joint souple à l'état non comprimé a une section globalement 25 circulaire, et le joint remplit substantiellement la gorge souplement lors de la fixation des cloisons supérieure et inférieure l'une à l'autre. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de quelques formes de réalisation préférées illustrée par les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une coupe fragmentaire le long d'un côté d'une ligne médiane d'assemblage horizontale entre des cloisons supérieure et inférieure d'une turbine à vapeur; la figure 2 représente une section agrandie d'un joint tissé tubulaire composite; la figure 3 représente une section du joint de la figure 2 placé dans les gorges concidentes des cloisons supérieure et inférieure, obturant l'interface d'assemblage; et la figure 4 est une vue similaire à la figure 1, représentant une autre configuration d'une gorge et d'un joint. On se rapportera maintenant aux dessins, et en particulier à la figure 1 qui 10 représente une turbine à vapeur globalement repérée 10, ayant une enveloppe extérieure 12 entourant un carter intérieur 14 qui comprend des cloisons supérieure 16 et inférieure 18 (figures 1 et 3), seule la cloison inférieure étant représentée sur la figure 1. On remarquera que l'enveloppe extérieure est formée, de manière similaire, de carters supérieur et inférieur joints l'un à l'autre au niveau de la ligne médiane horizontale de la 15 turbine, par exemple par des boulons. Les cloisons supérieure et inférieure entourent un rotor 20 de turbine à vapeur comprenant des roues de turbine à vapeur, dont l'une est représentée en 22, portant des ailettes 24. Les ailettes 24 sont installées dans un chemin d'écoulement de vapeur, globalement indiqué par les flèches 26, qui comprend un écoulement au-delà d'une aube de stator 28, comme représenté.. On remarquera que les 20 cloisons supérieure et inférieure 16 et 18 s'étendent sur environ 1800 et présentent des brides 19 et 21, respectivement, qui concident l'une avec l'autre le long d'une ligne médiane d'assemblage horizontale, une face 30 de la cloison inférieure au niveau de la ligne médiane étant représentée. De manière conventionnelle, les cloisons supportent des segments d'anneau de garniture 32 ayant des dents à labyrinthe 34 pour assurer 25 l'étanchéité autour du rotor 20. Les cloisons portent aussi des dents d'étanchéité 36 pour assurer l'étanchéité contre des coiffes 38 montées aux extrémités des ailettes 24. On remarquera que les cloisons supérieure et inférieure confinent l'écoulement de vapeur le long du chemin de vapeur 26 et que, en conséquence, l'interface horizontale entre les cloisons supérieure et inférieure au niveau de leurs brides 30 jointes est obturée pour prévenir toute fuite de vapeur du chemin de vapeur 26 vers l'espace compris entre les cloisons et l'enveloppe extérieure 12. Au lieu de clavettes rapportées pour assurer l'étanchéité entre les brides 19 et 21 le long de la ligne médiane d'assemblage horizontale et sur des côtés des cloisons en 5 vis-à-vis comme dans les constructions des turbines à vapeur antérieures, la présente invention emploie un joint tissé tubulaire composite, globalement repéré 43, pour assurer l'étanchéité entre les brides des cloisons supérieure et inférieure. Pour installer le joint, des gorges ou fentes 40 et 42 sont formées le long des faces 30 concidentes des brides 19 et 21 des cloisons supérieure et inférieure, respectivement. Comme représenté 10 sur la figure 3, les gorges présentent une section globalement rectiligne. Comme représenté sur la figure 1, la gorge 40 s'étend globalement parallèlement à l'axe de rotation du rotor 20, tandis que la gorge 42 s'étend dans une direction globalement radiale. Comme représenté sur la figure 4, les joints et gorges peuvent toutefois être 15 inclinés, c'est-à-dire s'étendre dans une direction ayant à la fois des composantes directionnelles radiale et axiale par rapport à l'axe de rotation de la turbine. En conséquence, la gorge 140 et le joint 143 s'étendent linéairement et forment un angle aigu cc avec l'axe de rotation du rotor. De manière mieux représentée sur la figure 2, le joint 43 comprend un corps de 20 joint 44 ayant, à l'état non comprimé, une forme de section globalement circulaire. Le corps de joint 44 est fait de multiples couches de matière. De préférence, la couche la plus à l'intérieur comprend un noyau en métal tissé 46 fait d'un acier inoxydable. Une couche annulaire de fibre 48, de préférence une fibre en silice 48, entoure le noyau en métal 46. Une feuille de métal 50, de préférence faite d'acier inoxydable, entoure la 25 fibre en silice 48. Enfin, le revêtement extérieur du corps de joint 44 comprend une matière métallique tressée 52, de préférence un acier tressé tel que Haynes 188. Le joint tissé tubulaire composite est souple dans une direction latérale, c'est-à- dire est préchargé ou enclin à reprendre sa forme de section circulaire en cas de compression. En comparant les figures 2 et 3, on remarquera que les gorges 40 et 42 formées 30 dans les cloisons supérieure et inférieure ont chacune une largeur qui correspond globalement au diamètre du corps de joint 44. Toutefois, la profondeur des deux gorges 40 et 42 n'atteint pas le diamètre du corps de joint 44, c'est-à-dire lui est inférieure. En conséquence, lors de l'installation du corps de joint 44, le joint tissé tubulaire composite fait saillie au-dessus de la face de la bride de la cloison. Lors de l'accouplement des 5 brides des cloisons l'une avec l'autre, la nature souple du joint lui permet de se déformer pour prendre une forme de section qui remplit substantiellement les gorges des cloisons supérieure et inférieure. A savoir, à mesure que les brides des cloisons sont rapprochées l'une de l'autre jusqu'à un contact à leur interface, le corps de. joint 44 est comprimé souplement pour remplir substantiellement le volume des gorges concidentes. Une 10 partie de la surface du corps de joint 44 écrasé allongé est donc en contact continu avec la marge des gorges pour assurer l'étanchéité contre elle. En cas de défaut d'alignement entre les gorges des brides des cloisons, la nature souple du joint lui permet encore d'assurer une étanchéité continue entre les cloisons pour minimiser ou supprimer les chemins de fuite au niveau de la ligne médiane d'assemblage horizontale. On 15 remarquera aussi qu'il peut n'exister une gorge que dans une seule des brides, le joint étant placé dans l'unique gorge et assurant l'étanchéité contre une surface en vis-à-vis de la bride opposée. Bien que l'invention ait été décrite à propos de sa forme de réalisation actuellement considérée comme étant la plus pratique et préférée, on comprendra que 20 l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite, mais englobe diverses modifications et équivalents inclus dans sa portée. Liste des composants Turbine à vapeur 10 Enveloppe extérieure 12 Carter intérieur 14 Cloisons supérieure et inférieure 16, 18 Rotor de turbine à vapeur 20 Roues de turbine 22 Ailettes 24 10 Flèches 26 Aube de stator 28 Brides 19, 21 Face 30 Segments d'anneau de garniture 32 15 Dents à labyrinthe 34 Dents d'étanchéité 36 Coiffes 38 Joint tissé tubulaire 43 Gorges 40, 42, 140 20 Joint 143 Corps de joint 44 Noyau en métal tissé 46 Fibre en silice 48 Feuille métallique 50 Matière métallique tressée 52 REVENDICATIONS 1. Turbine à vapeur (10), comprenant: une enveloppe extérieure (12); un carter intérieur (14) à l'intérieur de ladite enveloppe extérieure et comprenant des cloisons supérieure et inférieure (16, 18) jointes l'une à l'autre le long d'une ligne médiane d'assemblage horizontale, les cloisons supérieure et inférieure présentant des brides (19, 21) concidentes au niveau de la ligne médiane d'assemblage et des gorges (40) dans les brides qui concident l'une avec l'autre; 10 caractérisée par: un joint souple (43) placé partiellement dans chacune des gorges concidentes, incluant un corps de joint (44) formé de multiples couches (46, 48, 50, 52) de matières différentes pour assurer souplement l'étanchéité des brides concidentes des cloisons supérieure et inférieure l'une contre l'autre le long de la ligne médiane d'assemblage 15 horizontale. 2. Turbine à vapeur selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites matières dudit corps de joint comprennent un noyau en métal tissé (46), une fibre (48), une feuille métallique (50) et une couche protectrice (52). 20 3. Turbine à vapeur selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites matières dudit corps de joint comprennent un noyau intérieur en métal tissé (46), une fibre en silice (48), une feuille métallique (50) et une couche protectrice extérieure en métal tressé (52). 4. Turbine à vapeur selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacune desdites gorges (40, 42) a une section globalement rectiligne, ledit joint souple (43) à l'état non comprimé ayant une section globalement circulaire, ledit joint remplissant substantiellement ladite gorge souplement lors de la fixation desdits cloisons supérieure 30 et inférieure l'une à l'autre. 5. Turbine à vapeur comprenant: un rotor (20) comprenant une pluralité d'ailettes circonférentiellement espacées; une enveloppe (12) extérieure entourant ledit rotor; un carter intérieur (14) à l'intérieur de ladite enveloppe extérieure et comprenant des cloisons supérieure et inférieure (16, 18) portant une pluralité d'aubes de stator formant avec lesdites ailettes un étage de la turbine définissant partiellement un chemin d'écoulement de vapeur à travers les turbines, lesdites cloisons supérieure et inférieure étant jointes l'une à l'autre le long d'une ligne médiane d'assemblage horizontale et 10 présentant des brides concidentes au niveau de la ligne d'assemblage et des gorges dans les brides qui concident l'une avec l'autre, lesdites gorges étant placées radialement à l'extérieur du chemin d'écoulement; caractérisée par: un joint souple (43) logé partiellement dans chacune des gorges concidentes, 15 comprenant un corps de joint formé de multiples couches de matières différentes pour assurer souplement l'étanchéité des brides concidentes des cloisons supérieure et inférieure l'une contre l'autre le long de la ligne médiane d'assemblage horizontale. 6. Turbine à vapeur selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdites 20 matières dudit corps de joint comprennent un noyau en métal tissé (46), une fibre (48), une feuille métallique (50) et une couche protectrice (52). 7. Turbine à vapeur selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdites matières dudit corps de joint comprennent un noyau intérieur (46) en métal tissé, une 25 fibre en silice (48), une feuille métallique (50) et une couche protectrice extérieure en métal tressé (52). 8. Turbine à vapeur selon la revendication 5, caractérisée en ce que chacune desdites gorges (40, 42) a une section globalement rectiligne, ledit joint souple à l'état 30 non comprimé ayant une section globalement circulaire, ledit joint remplissant substantiellement ladite gorge souplement lors de la fixation desdites cloisons supérieure et inférieure l'une à l'autre.