Brevet FR2877035A1 — publié le 20060428

BANDAGES D'EMBOUTS DE BUSES DE REACTION GROUPES AVEC JOINTS D'ETANCHEITE INTEGRES La présente invention concerne des turbines à vapeur ayant des joints d'étanchéité entre les composants rotatifs et non rotatifs et plus particulièrement des configurations de joint d'étanchéité incorporées dans les bandages d'embouts intégrés des aubes de stator groupées dans une turbine à réaction. Chaque étage d'une turbine à vapeur à réaction comprend une pluralité d'ailettes espacées sur la circonférence, montées sur un rotor à tambour entouré d'une pluralité d'aubes de stator de réaction fixes. Les ailettes et buses forment un étage de turbine et définissent la trajectoire d'écoulement de vapeur principale. Au contraire, dans une turbine à action, les ailettes sont montées sur la périphérie des roues de rotor et les cloisons de buse sont supportées dans les membranes environnantes. Il est hautement souhaitable dans tous les cas de minimiser ou d'éliminer autant de voies de fuite de vapeur que possible qui résultent de la trajectoire d'écoulement de vapeur principale. Une source de fuite dans une turbine à réaction est un espace radial situé entre les ensembles groupés d'aubes de stator de réaction munies de bandages d'embouts et opposées radialement aux parties extérieures du rotor. Une technique connue permettant d'étanchéifier cet espace radial implique l'utilisation de joints d'étanchéité à bande insérables sur le rotor qui est opposé aux portées du joint sur les bandages d'embouts de stator de réaction qui ont été pulvérisés avec un revêtement usable par frottement. Une autre technique antérieure implique l'incorporation de dents en labyrinthe à projection radiale aux extrémités libres internes des aubes de buse ou de stator qui forment des joints labyrinthes avec des parties de composant du rotor de turbine radialement opposées. Voir, par exemple, le brevet américain détenu en commun N 6 786 699. La combinaison de dents de joint labyrinthe et de joints brosses a également été utilisée à l'interface entre les flasques intérieurs de membrane aux extrémités radialement internes des cloisons de buse et les portées du rotor dans les turbines à action. Voir, par exemple, le brevet américain détenu en commun N 6 669 443 et le brevet américain détenu en commun N 6 290 232. Il demeure toutefois un besoin en configurations de joints efficaces pour une utilisation avec des aubes de stator de turbine à réaction groupées ayant des bandages d'embouts intégrés qui réduisent de façon efficace l'espace radial entre les bandages d'embouts et les bords de rotor opposés. La présente invention concerne de nouvelles configurations de joints pour les segments d'aubes de stator à réaction groupés avec des bandages d'embouts intégrés. Les réalisations exemplaires concernent des segments d'aubes de stator monobloc intégrés incorporant des aubes multiples et des configurations de joints qui peuvent comprendre des joints à bande, des joints brosses ou des dents de joint intégrées qui sont opposés aux portées de joint de rotor dans la turbine à vapeur montée. Dans les buts de la présente invention, le terme aubes de stator à réaction groupées avec bandages d'embouts intégrés se réfère à une pluralité (2 ou plus et jusqu'à environ 50) d'aubes de stator de turbine à réaction avec bandages de couverture intégrés qui ont été groupés ensemble par usinage sous la forme d'un groupe monobloc ou unitaire, là où deux ou plusieurs groupes font un anneau de 360 , ou en soudant ou brasant des aubes individuelles pour former un groupe là où deux ou plusieurs groupes font également un anneau de 360 . Dans une première configuration, un segment d'aube de stator monobloc usiné comprend une pluralité d'aubes, un bandage d'embouts en un bloc et une queue d'aronde intégrale (ou autre configuration de montage). Le bandage d'embouts de stator s'étend sur la pluralité d'aubes, reliant ainsi les embouts de celles-ci, et est muni d'une garniture généralement centrée. La garniture comprend un joint brosse et la garniture est flanquée de joints à bande calfatés traditionnels en amont et en aval du joint brosse. Dans une deuxième configuration exemplaire, le bandage d'embouts de stator intégral est muni d'une garniture généralement axialement centrée (c'est-à-dire, dans le sens d'écoulement) ayant un joint brosse avec des dents de joint labyrinthe usinées situées en amont et en aval de la garniture. Dans une troisième configuration, le bandage d'embouts de stator est usiné pour inclure une fente en queue d'aronde dans laquelle on peut insérer un ensemble de bandes de joint. L'ensemble de bandes de joint insérable est muni d'un joint brosse axialement centré avec les dents de joint labyrinthe intégral en amont et en aval du joint brosse. Pour toutes les configurations, la surface de rotor opposée peut être usinée pour inclure une configuration de portée haute-basse-haute ou, une configuration de portée basse-haute-basse pour adapter un montage de joint analogue dans les bandages d'embouts. De plus, le nombre spécifique de joints, les portées de joint opposées et le choix de joints spécifiques et/ou de la combinaison de joints peuvent varier en fonction de l'application spécifique. De même, la présente invention dans ses aspects plus larges concerne un segment d'aube de stator de turbine à réaction comprenant un groupement en un bloc d'aubes multiples, un bandage d'embouts arqué relié entre les embouts radialement intérieurs des aubes et une partie de montage arquée s'étendant à travers les embouts radialement extérieurs des aubes, le renfort d'embouts arqué formé avec les composants de joint multiples s'étendant radialement vers l'intérieur depuis le bandage d'embouts. Le segment d'aube de stator de turbine à réaction peut comprendre des composants de joint multiples qui comprennent une combinaison de joints à bande et de joints brosses. Le segment d'aube de stator de turbine à réaction peut comprendre des composants de joint multiples qui comprennent une combinaison de dents de joint labyrinthe et de joints brosses. Le segment d'aube de stator de turbine à réaction peut comprendre des composants de joint multiples qui comprennent une paire de joints à bande une de chaque côté d'un joint brosse. Le segment d'aube de stator de turbine à réaction peut comprendre des composants de joint multiples qui comprennent une paire de dents de joint labyrinthe, une de chaque côté d'un joint brosse. Le segment d'aube de stator de turbine à réaction peut comprendre des composants de joint multiples qui sont montés dans une garniture arquée et ladite garniture arquée est reçue dans une rainure dans ledit bandage d'embout. Le segment d'aube de stator de turbine à réaction peut comprendre des composants de joint multiples qui comprennent un joint brosse flanqué d'une paire de dents de joint labyrinthe. Le segment d'aube de stator de turbine à réaction peut comprendre le regroupement intégral qui est usiné à partir d'un bloc massif unique. Le segment d'aube de stator de turbine à réaction peut comprendre des composants de joint multiples qui comprennent une garniture de joint brosse reçue dans une rainure dans ledit bandage d'embout, avec des composants de joint supplémentaires sur les côtés opposés de ladite garniture de joint brosse. Le segment d'aube de stator de turbine à réaction peut comprendre des composants de joint supplémentaires qui comprennent des joints à bande. Dans un autre aspect, la présente invention concerne un segment d'aube de stator de turbine à réaction comprenant un groupe unitaire usiné d'aubes multiples, un bandage d'embouts arqué relié entre les embouts radialement intérieurs d'aubes et une partie de montage arquée s'étendant à travers les embouts radialement extérieurs des aubes, le bandage d'embouts arqué formé avec les composants de joint multiples s'étendant radialement vers l'intérieur depuis le bandage d'embouts, dans lequel les composants de joint multiples comprennent une garniture de joint de brosse reçue dans une rainure dans le bandage d'embouts avec des composants de joint supplémentaires sur les côtés opposés du joint brosse. La présente invention sera maintenant décrite en détail en rapport avec les dessins identifiés ci-dessous. La Figure 1 représente une vue en perspective d'un segment d'aube de stator à réaction groupé, La Figure 2 représente une vue partielle d'extrémité d'un segment d'aube de stator à réaction groupé incorporant une configuration de joint conformément à une première réalisation exemplaire de la présente invention, La Figure 3 représente une vue partielle d'extrémité d'un segment d'aube de stator à réaction groupé incorporant une configuration de joint conformément à une deuxième réalisation exemplaire de la présente invention, La Figure 4 représente une vue partielle d'extrémité d'un segment d'aube de stator à réaction groupé incorporant une configuration de joint conformément à une troisième réalisation exemplaire de la présente invention. En se référant à la Figure 1, un segment d'aube de stator à réaction groupé 10 comprend une pluralité d'aubes de réaction 12, un bandage d'embouts arqué monobloc 14 aux extrémités des aubes radialement intérieures et une queue d'aronde ou autre configuration de montage 14 aux extrémités des aubes radialement extérieures. Bien que la figure représente un groupe de quatre aubes 12, il faut bien comprendre que le segment peut inclure d'autres nombres d'aubes, par exemple 6, 8, 12 jusqu'à 50 aubes ou plus, ces dernières formant un segment de 180 . Deux segments ou plusieurs forment ensemble un anneau fermé de 360 d'aubes de réaction. Dans la réalisation préférée, le segment 14 est usiné à partir d'un bloc unique d'un matériau métallique, de préférence un alliage d'acier inoxydable, mais des aubes individuelles peuvent également être groupées par soudage, brasage ou tout autre moyen approprié pour former un segment. En se référant maintenant à la Figure 2, le segment 10 et, en particulier, le bandage d'embouts 14 est muni d'un dispositif de joint à bande et de joint brosse. En particulier, une garniture de joint brosse 16 est reçue de façon coulissante dans une rainure 18 formée dans une face radialement intérieure 19 du bandage d'embouts 14. La garniture incorpore des éléments de joint brosse 20 qui s'étendent radialement à l'intérieur vers un endroit étroitement voisin d'une portée 22 sur le rotor de turbine 24. Une paire de joints à bande 26, 28 est située dans les rainures respectives 30, 32 dans la face 19 du bandage d'embouts sur les côtés opposés de la garniture de joint brosse, et fixée par exemple, par martelage. Ces joints à bande s'étendent vers l'intérieur avec les embouts étroitement voisins des portées respectives 34, 36 du rotor 24. Il convient de noter que les joints à bande 26, 28 reposent, respectivement, en amont et en aval du joint brosse généralement axialement centré 16 (par rapport au sens d'écoulement de la vapeur), dans un dispositif haut-bas-haut vis-à-vis des portes de turbine. Il faut bien comprendre que la configuration de la portée de turbine peut être inversée avec un repositionnement approprié des embouts de joint dans une configuration basse-haute-basse. La Figure 3 représente un dispositif de remplacement en rapport avec un segment d'aube de stator à réaction 38. Dans cette réalisation, le bandage d'embouts 40 est monté avec une garniture de joint brosse généralement axialement centré 42, située dans une rainure 43 formée dans la face radialement intérieure 44 du bandage d'embouts, avec des éléments de joint brosse 45 analogues à la garniture 16 dans la Figure 2. Les dents de joint labyrinthe 46, 48 sont respectivement formées intégralement avec le bandage d'embouts 40 et reposent en amont et en aval de la garniture de joint brosse 42, interagissant avec les portées 50 et 52 sur le rotor 54. Les éléments de joint brosse 44 s'étendent vers l'intérieur vers une portée de turbine 56. Ici à nouveau, une configuration de portée haute-basse-haute est représentée, mais, comme dans le cas de la Figure 2, cette configuration peut être inversée pour un dispositif bas-haut-bas. La Figure 4 représente encore une autre réalisation de la présente invention où le segment d'aube de réaction 58 comprend un bandage d'embouts intégré 60, dont la face radialement intérieure 61 est formée avec une rainure en queue d'aronde 62 qui reçoit une garniture de montage de bande de joint 64. La garniture 64 est munie d'un joint brosse généralement axialement centré 66 ayant des éléments de joint brosse 68 qui s'étendent intérieurement vers un endroit étroitement voisin de la portée de turbine 70. La garniture 64 est également formée avec des dents de joint labyrinthe en amont et en aval intégrées 72, 74 qui s'étendent radialement vers l'intérieur vers un endroit étroitement voisin des portées respectives 72, 74 qui s'étendent radialement vers l'intérieur vers un endroit étroitement voisin des portées respectives 76, 78 du rotor 80. Comme dans les réalisations précédentes, la configuration de portée haute-basse-haute peut être inversée pour une configuration bassehaute-basse, avec une modification appropriée des éléments d'étanchéité. On comprendra que les dents de joint labyrinthe 72, 74 pourraient être remplacées par des joints à bande analogues à ceux de la Figure 2. Les configurations de joint décrites ci-dessus réduisent l'espace radial entre le rotor et les bandages d'embouts d'aubes de stator de réaction et réduisent en même temps le temps de montage pour le rotor et éliminent la nécessité d'un revêtement usable par frottement sur le bandage d'embouts monobloc du stator de réaction. On comprendra que les bandages d'embouts peuvent incorporer des joints et/ou des garnitures de joint avec toute combinaison de joints à bande, de joints brosses ou de dents de joint labyrinthe. Bien que la présente invention ait été décrite en rapport avec ce qui est actuellement considéré comme étant la réalisation la plus pratique et préférée, il faut bien comprendre que la présente invention ne doit pas être limitée à la réalisation divulguée, mais au contraire, est destinée à couvrir différentes modifications et agencements équivalents. Segment d'aube de stator de réaction groupé 10 Pluralité d'aubes de réaction 12 Bandage d'embouts 14 Partie de montage 15 Garniture de joint brosse 19 Eléments de joint brosse 20 Portée 22 Rotor de turbine 24 Joints à bande 26, 28 Rainures, 30, 32 Portées 34, 36 Segment d'aube de stator de réaction 38 Bandage d'embouts 40 Garniture de joint brosse 42 Rainure 43 Face radialement intérieure 44 Eléments de joint brosse 45 Dents de joint labyrinthe 46, 48 Portées 50, 52 Rotor 54 Portée de turbine 56 Segment d'aube de réaction 58 Bandage d'embouts intégré 60 Face radialement intérieure 61 Rainure en queue d'aronde 62 Garniture de montage de bande de joint arquée 64 Joint brosse axialement centré 66 Eléments de joint brosse 68 Portée de turbine 70 Dents de joint labyrinthe 72, 74 Portées 76, 78 Rotor 80 REVENDICATIONS 1. Segment d'aube de stator de turbine à réaction (10) comprenant un regroupement en un bloc d'aubes multiples (12), d'un bandage d'embout arqué (14) relié entre les embouts radialement intérieurs des aubes et d'une partie de montage arqué (15) s'étendant à travers les embouts radialement extérieurs des aubes, ledit renfort d'embout arqué (14) formé de composants de joint multiples (20, 26, 28) s'étendant radialement vers l'intérieur depuis ledit bandage d'embout (14). 2. Segment d'aube de stator de turbine à réaction selon la revendication 1, dans lequel lesdits composants de joint multiples comprennent une combinaison de joints à bande (26, 28) et de joints brosses (20). 3. Segment d'aube de stator de turbine à réaction selon la revendication 1, dans lequel lesdits composants de joint multiples comprennent une combinaison de dents de joint labyrinthe (46, 48) et de joints brosses (45). 4. Segment d'aube de stator de turbine à réaction selon la revendication 1, dans lequel lesdits composants de joint multiples comprennent une paire de joints à bande (26, 28), une de chaque côté d'un joint brosse (20). 5. Segment d'aube de stator de turbine à réaction selon la revendication 1, dans lequel lesdits composants de joint multiples comprennent une paire de dents de joint labyrinthe (46, 48), une de chaque côté d'un joint brosse (45). 6. Segment d'aube de stator de turbine à réaction selon la revendication 1, dans lequel lesdits composants de joint multiples sont montés dans une garniture arquée (64) et ladite garniture arquée est reçue dans une rainure (62) dans ledit bandage d'embout. 7. Segment d'aube de stator de turbine à réaction selon la revendication 6, dans lequel lesdits composants de joint multiples comprennent un joint brosse (68) flanqué d'une paire de dents de joint labyrinthe (72, 74). 8. Segment d'aube de stator de turbine à réaction selon la revendication 1, dans lequel le regroupement intégral (12) est usiné à partir d'un bloc massif unique. 9. Segment d'aube de stator de turbine à réaction selon la revendication 1, dans lequel lesdits composants de joint multiples comprennent une garniture de joint brosse (16) reçue dans une rainure (18) dans ledit bandage d'embout, avec des composants de joint supplémentaires (26, 28) sur les côtés opposés de ladite garniture de joint brosse. 10. Segment d'aube de stator de turbine à réaction selon la revendication 9, dans lequel les lesdits composants de joint supplémentaires comprennent des joints à bande (26, 28).