ADJUSTABLE VANE SYSTEM FOR STEAM TURBINE

AUBAGE MOBILE POUR TURBINES A VAPEUR

Abrégé français

PRÉCIS DE LA DIVULGATION:
Aubage mobile pour turbines à vapeur compor-
tant des aubes avec des corps munis de chapeaux ou d'ai-
lerons, lesdits chapeaux ou ailerons d'aubes adjacentes
étant en contact au moins pendant la rotation de l'aubage
sur une surface plane sensiblement parallèle à l'axe
radial de l'aube et entraînant par ces contacts une tor-
sion du corps des aubes. L'aubage comporte une liaison
en plus des contacts entre chapeaux ou ailerons adjacents,
cette liaison étant réalisée à l'aide de contacts addi-
tionnels ayant une liberté de glissement rectiligne dans
un plan correspondant à celui de chaque chapeau ou aileron
selon un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe de
rotation de l'aubage. Les contacts additionnels sont
situés à distance relativement grande des contacts en-
traînant la torsion. Avec un tel aubage on a une amélio-
ration des propriétés vibratoires des aubes.

Revendications

Les réalisations de l'invention, au sujet des-
quelles un droit exclusif de propriété ou de privilège
est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Aubage mobile pour turbines à vapeur compor-
tant des aubes avec des corps munis de chapeaux ou d'aile-
rons, lesdits chapeaux ou ailerons d'aubes adjacentes étant
en contact au moins pendant la rotation de l'aubage sur
une surface plane sensiblement parallèle à l'axe radial
(Z'Z) de l'aube et entraînant par ces contacts une torsion
du corps des aubes, caractérise en ce qu'il comporte une
liaison en plus des contacts entre chapeaux ou ailerons
adjacents, ladite liaison étant réalisée à l'aide de con-
tacts additionnels ayant une liberté de glissement recti-
ligne dans un plan correspondant 3 celui de chaque chapeau
ou aileron selon un axe sensiblement perpendiculaire à
l'axe de rotation (0'0) de l'aubage, lesdits contacts addi-
tionnels étant situes à distance relativement grande des
contacts entraînant la torsion.
2. Aubage mobile selon la revendication 1, ca-
ractérisé en ce que les contacts additionnels sont réalisés
par des prolongements des chapeaux ou ailerons dont les
faces supérieures viennent s'appliquer sur les faces supé-
rieures de cavités complémentaires prévues dans les cha-
peaux ou ailerons adjacents.
3. Aubage mobile selon la revendication 1,
caractérisé en ce que les contacts additionnels sont réa-
lisés par des organes situés dans des gorges débouchant
sur la surface latérale des chapeaux ou ailerons opposée
aux contacts entraînant la torsion et frottant sur des
parois de ces gorges.
4. Aubage mobile selon la revendication 3, ca-
ractérisé en ce que les organes de liaison ne sont intro-

duits dans les gorges qu'après flexion des aubes.
5. Aubage mobile selon la revendication 4, ca-
ractérisé en ce que les organes de liaison sont constitués
par des cales reliant deux aubes adjacentes.
6. Aubage mobile selon la revendication 3,4,ou
5, caractérisé en ce que les gorges sont munies d'une dent
à leur partie supérieure.
7. Aubage mobile selon la revendication 3, ca-
ractérisé en ce que les organes de liaison sont introduits
dans les gorges sans flexion des aubes.
8. Aubage mobile selon la revendication 7, ca-
ractérisé en ce que les organes sont constitués par des
barreaux comportant à une extrémité un axe parallèle à
l'axe de rotation (OO') de l'aubage logé sans coulissement
dans la gorge d'une aube et une masse reliée par un bras
audit axe parallèle à l'axe de rotation et coulissant
dans la gorge de l'aube adjacente en frottant sur ses pa-
rois.
9. Aubage mobile selon la revendication 7, ca-
ractérisé en ce que les organes de liaison sont constitués
par des barreaux comportant deux appuis logés dans les
gorges de deux aubes adjacentes, les barreaux étant munis
d'un téton logé avec jeu dans un logement de la gorge d'une
des aubes.
10. Aubage mobile selon la revendication 7,
caractérisé en ce que les organes de liaison sont consti-
tués par des fils reliant plusieurs aubes adjacentes.
11. Aubage mobile selon la revendication 10,

caractérisé en ce que les fils sont munis d'excroissances
venant frotter contre les parois des gorges.
12. Aubage mobile selon la revendication 7, 8,
9, 10 ou 11, caractérisé en ce que les gorges sont munies
d'une dent à leur partie supérieure.

Description

~g~
-- 1 --
La présente invention a trait à un aubage mobile
pour turbines à vapeur comportan-t des aubes avec des
corps munis de chapeaux ou d'ailerons, lesdits chapeaux
ou ailerons d'aubes adjacentes é~tant en contact au moins
pendan-t la rota-tion de l'aubage sur une surEace plane
sensiblement parallèle à l'axe radial de l'aube et en-traî-
nant par ces contacts une torsion du corps des aubes.
Les chapeaux (ou ailerons) serrés par torsion
sur une face plane sensiblement parallèle à l'axe radial
Z'Z de l'aube transmett.ent mal les moments dynamiques
Mz existants par rapport à ce même axe radial dès que
les deux faces de contact appartenant à des chapeaux
(ou ailerons) adjacents ne sont pas rigoureusement paral-
l~les (voir figure 3). Il s'ensuit que le rôle jou~ par
la fac@ de contact serrée par torsion dépend de sa quali.té
de réalisa-tion ce qui a pour i.nconvénient cle c:réer une
dispersion dans les propriétés vibrato:ires de chaque
aube prise separément. Cet-te dispersion affecte l'aubage
mobile tout enti.er en modifiant de fa,con incon-tr~lée
ses fréquences propres et en les multipliant ce qui rend
difficile la prévention des résonances avec les fréquen-
ces excitatrices connues.
L'aubage mobile permettan;t de remédier à cet
inconvénient est caractérisé en ce qu'il comporte une
liaison en plus des contacts entre chapeaux ou ailerons
adjacents, ladite liaison étant réalisée à l'aide de
contacts additionnels ayant une liberté de glissement
rectiligne dans un plan correspondant à celui de chaque
chapeau ou aileron selon un axe sensiblement perpendi-
culaire à l'axe de rotation de l'aubage, lesditscontacts additionnels étant si-tués à distance relativement
grande des contacts entraînan-t la torsion.
La liaison créée entre chapeaux (ou ailerons)
voisins par ces contacts additionnels a pour effet que

~,7~
-- 2
le mouvement relatif de ces chapeaux (ou ailerons) engen-
dre sur chacun d'eux en un premier et deuxième po:ints
(dis-tincts ou con-Eondus) des efforts de frottement con-
tenus dans le plan des chapeaux (ou ailerons) qui possè-
dent un moment ~Mz par rapport à un point moyen de con-
tact ponctuel sur la surface plane. La somme Mz + ~ Mz
peut différer d'une aube à l'au-tre de sorte que même
dans le cas extrême où les faces serrées par la torsion
sont incapables de transme-ttre le moindre moment entre
chapeaux (ou ailerons) voisins, cette -transmission se
trouve assurée par QMz. Il est important ~ue lesdi-ts
premier et deuxième points soien-t situés à la plu9 grande
distance possible des -faces de contact de manière à mieux
bloquer tout mouvement de rotation du cha~)ea~l (ou de
l'aileron) qui se maniesterait autour d'un point de
contact ponctuel.
Selon une première réalisation préférentielle
les contacts additionnels sont réalisés par des prolonge-
ments des chapeaux (ou ailerons) don-t les faces supé-
rieures viennent s'appliquer sur les faces supérieures
de cavités complémentaires prévues dans les chapeaux
(ou ailerons) adjacents.
Dans ce cas le premier point d'une aube est
confondu avec le deuxième point de llaube voisine.
Selon ~ne seconde réalisation préférentielle
les contacts additionnels sont réalisés par des organes
situés dans des gorges débouchant sur la surface latérale
des chapeaux ou ailerons opposée aux contacts entrainant
la torsion et frottant sur des parois de ces gorges.
La présente invention sera mieux comprise à
la lumière de la description qui va suivre dans laquelle:
La figure 1 représente une coupe d'une aube
connue perpendiculaire à son plan médian.
La figure 2 représente une coupe d'une partie
de llaubage connu constitué des aubes de la figure 1
~. .,Q*

- 2a - ~ ~798~6
par un plan parallèle au plan médian des aubes.
La figure 3 represente une vue de dessus de
l'aubage de la Eigure Z.
La figure 4 représente une vue de dessus d'une
partie d'un aubage selon une première realisation de
l'invention.
La figure 5 xeprésen`te une vue de côte de la
r ' partie d'aubage de la figure 4.
La figure 6 représente schématiquement une
vue de côté d'une partie d'aubage selon une seconde réa-
lisation de l'invention avant montage des cales de li-
aisonnement.
La figure 7 represente la même vue que la figure
6 après montage des cales.
La ~igure 8 repxésente une vue de dessus de
l'aubage de la

~'i'9
-- 3 --
figure 7.
La flgure 9 pré~ente une coupe d'une aube de l'aubage des figures 7
et 8 perpendioulaire au plan médian et pa~3ant par l'axe de la turbine.
La figure 10 représente schématiquement une vue de côté d'une
5partie d'aubage selon une variants de la seconde réalisation de
lnvsntion avant montage des moyens de liaisonnement et au repos.
La figure 11 représente la meme vue que celle de la figure lO avec
l'aubage en rotation.
La figure 12 représente l'aubage deq figureq 10 et 11 après
10montage des ~oyen~ de liaisonnement.
La ~igure 13 représente une vue de da~sus de l'aubage de la
figurs 12.
La figure 14 repréaente une ooupe d'une aube de l'aubage d~s figu-
res 12 ct 13 perpendiculaire au plan médian et pas3ant par l'axe de la
1Sturbine.
La flguro 15 représente une vue de côté d'une partie d3 l'auba6e
selon un~ autre varlante de la seoonde réalisation de l'invention, la
dant étant enlevée.
La figure 16 représente une vua de dessus d'un troi~ième exemple
20de réali~ation de l'aubage.
La figure 17 représenta une vua de côté de l'aubage de la
figure 16, avec la dent enlevée.
La figNre 18 rsprésente une vue de caté d'une variante du troisième
exemple de rsalisation.
25La figure 19 représente une coupe de la variante de la figure 18.
La figure 20 représente un exemple de réalisation de l'aubage avec
des aileronq.
La figure 21 représente une vue de côté de l'aubage de la
figure 20, avec la dent enlevée.
30L'aubage connu représenté aux figures 1, 2 et 3 comporte des aubes
1 comprenant un pied 2 un corps 3 et un chapeau 4. Les pieds 2 des
aubes 1 sont bloqué3 dans un moyen csntral 5 faisant partie du rotor de
la turbine par l'intermédiaire de clavettes 6. Chaque chapeau 4 comporte
une face avart 7 inclinée par rapport au plan médian vertical P et 3ensi-
35blement parallèle à l'axe radial (z'z) de l'aube et une ~ace arrière 8
sensiblement parallèle à la face avant 7, leq faces avant et arrière 7

7~38~j
_ 4 --
et 8 de toutes le~ aube~ étant située~ du même cô~é du plan médian P.
L'aubage est mobile en rotation autour de l'axe 00'.
Lorsqulon met le~ pled~ 2 des aubes 1 en place, la face a~ant 7 de
chaque aube l vient 3 ~ appuyer contre la face arrière 8 ds l'aubs 1
située devant et les faces 7 et 8 tournent pour se rapprocher de la
perpendiculalra au plan médian. Le corp~ 3 de chaque aube 1 est alors
tordu 30U~ 1~ effet des Porces que le9 aubes adjacente~ l appliquent sur
es faces avant et arrière.
En réalité en raison des défauts d'usinage des ~aces 7 et 8 des
aubes le contact entre aubes voi3ine3 ne peu,t se faire que sur une partie
dfls race3 en regard. Cett~ partie peut 8tre limitée à une zone très
étroite de point moyen C qui varie d'aube à aube. Les mome~t3 dynaml-
que~ Mz, ~lz , Mz par rapport aux axes radiaux des au~es (zzl) sont mal
transmls étant ~onné ce contaot }imite entre les face~ 7 et 8. Pour
tr;ansme~tre ces moment~ on pré~oit selon llinventlon une llaison par
oontaots additionnel~ en A et A' entre chapeaux 4 voisins de façon que
le mouvement relatif des chapeaux 4 engendre aux polnt~ A et Al des
~orces de frottement f et f' contenus dan~ le plan du chapeau qui
engendre un moment ~ Mz permettant de tran~mettre tout ou partie du
momenS entre chapeaux voisins.
Sur les figures 2 et 3 on a représenté de~ aubes dont les chapeaux
sont appliqués les uns ¢ontre les autre~ sous l'effet das force~ de
torsion au repos de~ corp~ de~ aubes mais il ast également connu de
monter les chapeaux écarté~, les chapeaux n'étant appliqués les un~
contre leq autres que lors de la mlse en rotation des aubes dont le~
corps se dévrillert ~ou9 l'e~fet de }a force centrifuge.
Une réalisation de l'aubage selon l'invention e~t représentée sur
le~ figures 4 et 5. Du côté opposé aux faces 7 et 8 en contact, le
chapeau 4 d~ chaque aube est muni d'un prolongement 9 de forme parallélé-
pipédique dont la face supérieure 10 vient frotter sur la face
supérieure 11 d'une cavité 12 complémentaire ménagée dans l'aube
adjacente. Le prolongement 9 et la cavité 12 ~ont situés ~ur la ~ur~ace
latérale 13 des chapeaux 4 ~ituée du côté oppo~ée aux faces 7 et 8 en
contact, par rapport au plan P.
Le contact entre la face du prolongement 9 et celle de la cavité

~7g~
-- 5 --
¢omplémentaire 12 peut être obtenu par précontrainte au repos et/ou
déformation due aux force~ centrifuges.
Dan~ cette réali~ation le point A de chaque aube est confondu avec
le polnt A' de l'auba voi3ine.
Selon une seoonde réalisation de l'invention représentée aux
figures 6 à 9, leq chapeaux 4 sont munis d'une gorge usinée 14 débou-
ohant sur la 3urface latérale 13 des chapaaux 4 opposée aux faces en
contact 7, 8.
Les gorge~ 14 des aubes adjacentes 1 ne sont pa~3 dans le
prolongement l'une de l'autrs.
On dispose des cales 15 dans les gorge~ 14, chaque cale 15 étant
emboitée dans deux chapeaux 4 conséoutif3. Les oales sont e~pacées les
uries des autres et }eurs extrémités viennent à peu pr~s ver~ le milieu de
la ~ùrface latérale 13 de~ chapeaux.
Pour me'ctre les cales 15 en place il est néoe~saire ds fléchir les
aubes l ~t on cbtient ain~l pendant la rotation de l'aubage un frottement
entre le~ cale~ 15 et les gorges 14 des aubes t.
La gor~e 14 e~t munle d'une dent périphérique 16 à sa partie supé-
rieure qui empêohe leJ oale~ 15 de sortir lors de la rotation de
20 l'aubage.
Cette dent 16 a été rabattue après mise en place des cale~ 15 dans
les gorge~ 14.
Selon une variante de catte seoonde réalisation représentéa aux
figures 10 à 14, les chapeaux 4 comportent de~ gorges 14 qui sont dans le
25 prolongement le~ unes de3 autre~ lor~que l'aubage n'est pas entrainé en
rotation. Maiq sous l'effet des forces centrifuges les corps 3 des aubes
2 ont tendance a fléchir (voir figure 11) en l'absence de la pré~encs
d'organes de liaisonnement dans las gorges 14.
On introduit un élément de calage constitué par exemple par un fil
30 plat 17 qui s'oppose à la flexion des aubes 1 sou3 l'effet de la force
centri.uge et développe des Lorces de frottement. Ce fil peut être
constitué de quatre quarts de circonférence.
La gorge 14 débouche 3ur la surface latérale 13 des chapeaux 4 du
côté opposé aux faces en contact 7 et 8 et elle peut être munie d'un
35 rebord 1~ empêchant le fil de calage 17 de sortir de la gorge 14 lors de

~ 6 --
la rotation de l'aubage (voir figure 14).
Selon une 3econde variante représentée a la ~igure 15 les
~orges 14 sont dans le prolongement les unas des autres au repos et alle~
le restent lorsque l'aubage est entrainé en rotation.
: 5 On introduit un élément de liaison tel qu'un fil plat 18 dans la
gorge.
Ce fil 18 est muni d'excroi3sances 19 disposée3 vers 12 milieu des
gorges 14 qui frottent contre }a paroi supérieure de ces gorges 14 lors-
que l'aubage est en rotation.
1Q La gorge 14 est située comme dan~ la seconde réalisation sur la
surface latéralc 13 des chapcaux 14 du côté opposé aux faces en contact 7
et 8 et elle peut être munle d'un rebord 16 empêahant le fil de calage 18
de s~rtir de la gorge 14.
Selon une troisième réali~ation de l'invention rspré3entée aux
flgures 16 et 17 on 3 introduit un organe sn forme de barreau 20 dans la
gorge 14 débouchant sur la surfaoe latérale 13 des chapeaux 4 opposée
aux faces 7 et 8, les gorgo~ au repos étant comme sur la figure 10.
Chaque organe 20 comporte a une extrémlté un axe parallèle 21 a
l'axe de rotation 00' d~ l'aubage qul est logé 3ans coulissement dans un
alvéole creusé 22 dans læ~ paroi3 de la gorge 14. L'axe 21 de
l'organe 20 e~t relié par un bras 23 à une masse cubique 24 située dans
la gorge du chapaau 4 voisin de celui dans lequel est logé l'axe 21.
Ainsl lor~que les chapeaux 4 vibrent, l'axe 21 de l'organe 20 peut
s'orienter et il se produit une force de frottement entre la mas3e 24 et
~: 25 la paroi de la gorge 14.
Comme précédemement la gorge 14 est munie d'une dent périphérique
16 qui empêche les organes 20 de sor~ir de la gorge 14.
Selon une variante de la troisième réalisation de l'invention
repréJentée aux figures 18 et 19 on introduit des organes en forme de
barreau 25 à deux appuis 26 dans les gorges 14 débouchant sur les
surfaces latérales 13 des chapeaux 4 opposées aux surfaceY 7 et 8t les
gorgea 14 au repos étant comme sur la figure 10.
Les barreaux 25 sont à cheval sur les gcrges 14 de deux chapeaux 4
adjacents avec un appui 26 dans chacune des gorges 14. Les barreaux Z6
sont arrêtés tangentiellement par un téton 27 et axialement par une

38~
dent 16.
~e téton 27 est logé avec ~eu dan~ un logement 28 de la gorge 14.
Dans les exemples de réalisation précédemment décrit la9 corpq 3
deq aubes étaient terminés par des chapeaux mai~ pourraiant à la
plaoe âtre munis d'ailerons 4 situés à une hauteur intermédiaire.
La réalisation représentée aux ~igure~ 20 et 21 montre une vue
partielle d'un aubage muni d'aileron~ 4 montés qur leur~ corp~ 3 3erras
les un3 contre las autre3 par leur face de contact 7, 8 et comportant une
gorge 14 débouchant sur la sur~aca latérala 13 des ailarons 4 opposée
aux ~aces latérales 7 et 8.
Dan~ la gor~e on a introduit un ~il plat 18 muni de deux excrois-
sance~ 19 par aileron 4 qui ~rottent contre la paroi supérieure de oea
gorge~ 14 lorsque l'aubage est en rotation.
:
3o

Dessin représentatif