TURBINE RATEAU

laires pour diminuer la fuite en créant des pertes de charge. Le jeu sur le pourtour des moyeux des roues est très réduit et varie de 0,1 à 0,2 mm à la première roue, jusqu^à 0,5 mm à la dernière. Le jeu entre les directrices et les aubes est de 3 mm., il est de S mm. entre le bord de sortie des aubes et les directrices suivantes. Les directrices sont en tôle de bronze ; elles sont réunies en forme de casiers qui sont insérés dans des vides ménagés dans les diaphragmes.

Les boites étanches des turbines Fraser et Chalmers sont du même système que celui employé par M. Râteau ; elles ont pour objet, du côté de la haute pression, d'empêcher une fuite de vapeur vers l'extérieur, et, du côté opposé, d'empêcher une rentrée d'air. Chacune d'elles consiste d'abord en un joint à labyrinthe intérieur, composé de deux anneaux à section U, dont les branches sont parallèles à l'axe de rotation ; Tune de ces garnitures est fixée sur l'arbre et tourne avec lui ; Tautre, engagée dans la première, est fixe, et portée par le couvercle de là chambre. Le passage de la vapeur ou de l'air entre les branches de ces garnitures est très contrarié ; ces branches sont d'ailleurs creusées de rainures circulaires, et les jeux sont très réduits. A l'extérieur de ce labyrinthe, la garniture fixe se prolonge autour de l'arbre, et forme une chambre analogue à celle d'un presse-étoupe métallique ordinaire. Dans cette chambre sont placés deux cercles composés dç plusieurs segments, faits en bronze au plomb, légèrement serrés autour de l'arbre au moyen de ceintures élastiques (ressorts à boudin) qui les entourent.

Les boites de ce genre permettent un certain jeu axial sans perdre leur étanchëité.

La vitesse circonférentielle admise détermine la vitesse de la vapeur et, par conséquent, le nombre des chutes do pression ; cette vitesse est, par exemple de 90 mètres par seconde pour la première série, et atteint 120 mètres pour les roues plus grandes qui sont du côté de l'échappement.

Valoe de surcharge. — Presque toujours, les turbines de tous systèmes sont munies d'une prise supplémentaire (by-pass)^ qu'on peut ouvrir pour admettre la vapeur dans une section intermédiaire

490 TURBINE ZOELLY

lorsque la charge est augmentée momentanément au delà de la puissance normale. Il en résulte un fonctionnement moins économique, mais on peut ainsi accroître la puissance d^une manière notable. Cette disposition permet aussi, dans le cas ou le condenseur est désemparé, de développer temporairement la môme puissance avec échappement à Pair libre. La valve d'admission supplémentaire peut être à commande automatique ; elle s'ouvre lorsque la pression en aval de la soupape de réglage atteint une certaine valeur.

153. — Turbine Zoelly, — 4insi que nous Pavons dit plus haut, cette tiirbine ne dilTëre pas de la turbine Râteau quant à ses principes fondamentaux ; nous en décrirons cependant un spécimen, en nous arrêtant surtout à certains détails de construction et aux appareils de réglage .

Les figures 406 et 406 bis (^) représentent, en coupe longitudinale, une turbine de ce système, construite par Mather et Platt, pour développer 850 kw, à la vitesse de 1500 tours par minute. La vapeur ayant franchi successivement la valve d^arrêt et la soupape dépendant du régulateur, arrive dans le conduit annulaire A, qui fait corps avec Penveloppe de la turbine, du côté gauche de la figure. Les tuyères sont réparties en deux secteurs aux extrémités d^un même diamètre \ le développement de ces secteurs augmente ici progressivement d^un compartiment au suivant. Dans cette partie de la turbine, les roues ont le même diamètre, et la largeur des canaux dans le sens du rayon ne commence à augmenter que lorsque l'injection est complète. Pour trouver ensuite la section de plus en plus grande pour écouler le débit, on augmente le diamètre de la seconde série de roues, en même temps que la largeur radiale des aubes ; celle-ci augmente rapidement, comme on le voit à droite de la figure, du côté de la décharge E au condenseur.

L'enveloppe Qst en deux pièces séparées par un joint horizontal passant par l'axe. L'arbre, commun à toutes les roues, traverse les fonds par les chambres étanches B, et se prolonge de chaque côté pour être supporté par les paliers fixes P P'. A la suite du palier P' se trouve un

(1) D'après Engineering, 1908-2-1.

492 TURBINE ZOELLY

palier de butée, qui sert à régler exactement les jeux entre les directrices et les roues, et à assurer la position de l'arbre dans le sens de l'axe.

Les diaphragmes qui séparent les chambres ont à résister à une différence de pression assez forte pour les premiers compartiments, mais qui décroît rapidement vers l'aval ; ils sont en fonte, légèrement bombés, et sont percés au centre d'une ouverture assez large pour laisser passer avec le jeu nécessaire les moyeux des roues. Ces cloisons sont munies d'une jante élargie, tournée avec précision, qui sert à les maintenir à distance ; elles sont divisées en deux par un plan diamétral, et les moitiés reposent l'une sur l'autre par des brides dressées, qui ne sont assemblées que provisoirement pour le tournage.

Les directrices sont formées de tôles de 3 mm d'épaisseur, cintrées suivant le profil voulu, et noyées dans la fonte par les bords ; elles sont espacées de 50 mm suivant la circonférence, et n'ont que 10 mm dans le sens du rayon pour les premières roues. L'angle d'injection est de 20 degrés.

La prise de vapeur pour la marche en surcharge se fait par le canal annulaire C, qui communique avec la quatrième chambre par des trous pratiqués dans la jante du diaphragme correspondant.

Roaes^ aubes^ boîtes étanches, lubrification. — Les roues, en acier au nickel à 5 0/0, sont tournées et pojies pour donner moins de frottement dans la vapeur; elles sont percées de six trous circulaires renforcés sur les bords, trous dont la fonction est d'égaliser rapidement la pression sur les deux faces. Les moyeux sont juxtaposés et serrés entre un épaulement de l'arbre à l'extrémité de basse pression, et une bague filetée appuyant sur le premier moyeu. Pour faciliter le calage, les diamètres de l'arbre sont échelonnés par groupes de trois ou quatre roues.

Les aubes sont en tôle d'acier, cintrées suivant des surfaces cylindriques; elles sont entaillées à la base (fig. 407), et maintenues à distance au moyen de petits blocs en acier B, puis insérées dans une rainure du plateau, et recouvertes d'un anneau fixé au moyen de rivets (fig. 408). Les blocs B forment, par leur face comprise entre deux aubes successives, l'une des parois qui limitent les canaux; cette paroi est inclinée

TURBINE ZOELLY

de manière à élargir les veines à la sortie. Il est à remarquer, en effet, que les aubes de la turbine Zoelly ne sont pas symétriques, comme dans la plupart des turbines d^action, c^est-à-dire que Pangle de sortie est plus petit que Pangle d'entrée. Les aubes sont terminées sur la meule, tant pour la face concave que pour le dos, ce qui explique l'existence de Parête a b . Pour les longues aubes des roues à basse pression, l'épaisseur diminue graduellement depuis la racine jusqu'au bout. Il n'y a pas de couronne rapportée à la circonférence. La largeur des aubes dans le sens axial est de 22 à 25 mm, leur

Fig. 407.

Fig. 408.

longueur suivant le rayon varie de 16 à 200 mm. Le jeu entre les directrices et les aubes est de 3 mm, ainsi que l'espace libre entre le bout des aubes et la paroi interne des chambres dans lesquelles elles tournent. L'arête d'entrée des aubes est plus large que l'arête de sortie des directrices, ce qui permet de recueillir la totalité de la veine.

Les fuites ne peuvent se produire d'une chambre à l'autre qu'au centre des diaphragmes. Ceux-ci sont garnis d'une boîte en bronze creusée de rainures circulaires ; le jeu entre la boite et le moyeu est d'environ 1 mm.

Les roues sont équilibrées statiquement avant d'être garnies de leurs aubes ; elles sont équilibrées de nouveau après achèvement ; les corrections nécessaires sont faites en retouchant la jante à la lime aux points voulus.

Les boites étanches que traverse l'arbre sont du même genre que celles employées par M. Râteau. L'une d'elles est représentée dans la figure 406 bis ; elle comprend un certain nombre d'anneaux en bronze au plomb, formés chacun de deux moitiés qui s'ajustent exactement au pourtour de l'arbre, et qui sont maintenues légèrement serrées au moyen d'un ressort à boudin enroulé à l'extérieur de l'anneau, lequel est creusé

494 TURBINE ZOELLY

en gorge. Ces anneaux sont séparés par des bagues à section L, qui servent à masquer les joints ; tout l'ensemble est maintenu par un couvercle c. Les branches des bagues interposées entre les anneaux s'arrêtent à une certaine distance de Parbre, et y laissent autant de rainures circulaires. De l'eau est introduite en un point de cette garniture à Tendroit où se trouve une bague en U ; elle sert à la fois de lubrifiant et de bourrage, la vapeur qu'elle condense est recueillie dans une cavité du couvercle, et s'écoule par un tuyau de purge.

La garniture est elle-même insérée dans une chambre ménagée au centre du couvercle, et dont la paroi est entourée d'une circulation d'eau froide e. On remarquera que toutes les pièces remplissant la boite sont fixes et que les anneaux tendent à s'échauffer en frottant sur l'arbre, ce qui explique les précautions prises pour prévenir l'élévation de température.

Les paliers sont à lubrification forcée ; la partie inférieure du cous* sinet est creuse et refroidie par l'eau. Chacun des paliers doit donc être relié à quatre canalisations distinctes (arrivée et départ de l'huile et de Teau). L'huile est refoulée par une petite pompe horizontale à trois pistons, actionnée par un court arbre vertical commandé par une vis tangente qui se trouve à l'extrémité de Tarbre de la turbine ; le lubrifiant est ramené des coussinets dans une bâche qui se trouve représentée à gauche de la figure 406, et qui forme le socle de l'un des paliers ; il est refroidi par un serpentin S, composé de 48 éléments, dans lequel l'eau circule en remontant dans une série de tubes en cuivre, et redescend dans la série suivante.

Réglage. — La canalisation émerge du sous-sol par un branchement vertical fixé sur la bride Y (fig. 409) ; la vapeur passe ensuite par la soupape obturatrice et par celle de réglage, et arrive à la bride B fixée sur le fond de la turbine, un peu en dessous de Taxe.

La soupape obturatrice S est disposée pour se fermer automatiquement par Taction d'un régulateur en cas d'emballement, tandis que la soupape de réglage est déplacée par le régulateur principal (dans les types construits sur le continent, le régulateur agit plus souvent sur le distributeur d*un servo-moteur ) .

TttRBIKI ZOIIXT

496 TURBINE ZOBLLY

Nous abrégerons la description en renvoyant à la légende de la figure 409 :

Légende de la figure 409.

S, soupape obturatrice du genre piston, dont Tétanchéité est assurée à fond de course par un siège conique étroit. Cette soupape est en réalité un peu plus compliquée que ne l'indique la figure, en ce sens qu'elle est munie d'une petite soupape centrale intérieure (non représentée), qui s'ouvre par le mouvement initial de la tige, et qui a pour effet d'équilibrer la soupape principale.

TT, tige qui commande la soupape S pour l'ouverture ou pour la fermeture.

/, ressort de choc qui se comprime lors de la fermeture brusque, afin d'empêcher que la soupape S ne frappe trop violemment son siège.

rf, clavette qui glisse dans une rainure du couvercle C, et qui empêche la tige T

de tourner.

R, ressort de fermeture de la soupape.

p, volant qui sert à actionner la roue r, dont le moyeu est fileté intérieurement ; cette roue, qui ne peut se déplacer axialement, entraîne le manchon M, dont la rotation est empêchée par une coulisse intérieure qui s'engage sur une clavette (non représentée) de la tige T.

d, fourreau interposé entre une cloison intérieure du manchon M et le plateau sur lequel presse le ressort de fermeture R.

L, levier qui permet de donner au fourreau d un mouvement angulaire ; l'extrémité de droite du fourreau, qui presse contre la cloison du manchon M, est découpée d'encoches dans le sens des génératrices, et il en est de même de la cloison. Lorsque, par la rotation du levier L, les parties pleines du fourreau d sont amenées en regard des encoches du manchon, le fourreau pénètre à l'intérieur de celui-ci, et le ressort R détermine la fermeture brusque de la soupape. Celle-ci peut être ouverte à nouveau en ramenant le manchon M au fond de sa course vers la droite, et en remettant le levier L dans sa position, puis en agissant sur le volant p pour ramener le manchon M vers la gauche.

E, soupape équilibrée commandée par une tige actionnée au point i par le régulateur. Celui-ci, du type à ressorts, est à arbre vertical, commandé de l'arbre de la turbine par roues hélicoïdales qui réduisent sa vitesse à 300 tours par minute.

La soupape, lorsqu'elle est à fond de course, a un certain recouvrement par rapport à ses orifices oo, et elle repose par son bord inférieur sur un siège conique très étroit. Les ouvertures oo' sont terminées en pointe, afin de rendre le réglage progressif (n^ 113) ; lorsque la soupape descend et ferme déjà complètement les lumières o, les lumières o' laissent encore passer un peu de vapeur à cause de leur forme particulière, ce qui permet le réglage lorsque la turbine est à peu près entièrement déchargée. Pour diminuer la

TURBINE ZOELLY 497

résistance à vaincre par le régulateur, la tige n'a pas do bourrage, la fuite

s'écoule sous forme d'eau do condensation par le petit tuyau e. p. plateau horizontal entraîné par la partie inférieure de l'arbre du régulateur

sur laquelle il est calé.

m, masse articulée sur le plateau, sollicitée par ]a force centrifuge et par un

ressort antagoniste.

b, bras atteint par la masse m lorsque la vitesse du plateau p dépasse 345 tours

par minute.

c, cliquet engagé dans une encoche de la tige

t. qui maintient comprimé le ressort r ; lorsque, par l'action du régulateur m sur le bras b, ce chquet se dégage de l'encoche, le ressort r se détend, et par l'intermédiaire des leviers U, soulève le levier L, ce qui a pour effet, comme on l'a vu précédemment, de fermer brusquement la soupape d'arrôtS {').

Les turbines Zoelly construites par la Société Escher Wyss et C» sont à 3000 tours avec 8 étages de pression jusqu'à 5000 kw., à 1500 tours et 12cellules, puis 1000 tours et 16 étages pour des puissances plus élevées. Pour les turbines à 3000 tours, l'arbre est flexible, c'est-à-dire que sa première vitesse critique est intérieure à ce chilTre, tandis que pour les types plus lents la vitesse de fonctionnement est inférieure à la vitesse critique (voir Ch. IV plus loin).

La figure 409^ caractérise le mode de construction de Télément ; les roues ne

portent pas sur l'arbre, afin d'éviter le

calage par la rouille ; elles sont serrées

entre des anneaux qui les maintiennent à distance. Les diaphragmes en fonte portent dans leur ouverture centrale des segments en cuivre encastrés dans des rainures et terminés en biseau vers l'intérieur.

(1) Les détails donnés se rapportent à la turbine Zoelly de Mather et Platt ; voir, pour une autre construction, le type décrit dans ZeUschrilt des V. D. /., 190S, p. 14S et 1429.

MACHINES A VAPSUR 83

TURBINE 20ELLY

M. Zoelly fait remarquer que la vapeur s'échappant des directrices forme un hyperboloïde à une nappe qui prend une divergence assez rapide, ce qui a pour effet de demander des aubes de longueur radiale

plus grande ; il combat cette divergence en disposant les canaux distributeurs de manière à diriger les jets vers Pintérieur du cylindre moyen. Les anneaux métalliques des boites sont remplacés par des cercles en

TURBINE ZOELLY

carbone graphiteux divisés en trois segments serrés sur l'arbre au moyen d^un ressort ; cette matière n^exige aucun graissage et donne à Parbre un beau poli.

Les figures 409*^ et 409^ (^) représentent dans leurs dispositions essentielles la turbine à 3000 tours. Le servo-moteur est alimenté par de Thuile

DS27a

Pig. 409'.

à 5 ou 6 atmosphères de pression qui commande la soupape de réglage équilibrée ; lorsque, par suite d^ua dérangement, la pression s^abaisse en dessous d'un certain minimum, la soupape est ramenée à la fermeture par Paction d'un ressort, afin d'éviter Pemballement. Le nombre de tours normal peut être changé en modifiant le point d'attache du levier de réglage sur la tige de piston du servo-moteur. Le régulateur

(1) Les figures nous ont été communiquées par M. Zoelly.

TURBINE ZOELLY

de pare-emballement n'agit pas sur le modérateur, comme dans la généralité des turbines, mais sur la soupape de réglage, qu'il ramène à la fermeture en faisant tomber la pression de Thuile du circuit.

Courbes de consommation. — Le diagramme (fig. 410) résume les résultats d'essai d'une turbine Zoelly de 5000 kw. à 1500 tours établie à l'usine de Merxem de la Société d'Électricité de l'Escaut, il peut servir à caractériser les turbines d'action multicellulaires. Les abscisses

ioo^

AtÛÛ

Fig. 410.

représentent la puissance électrique utile; les ordonnées de la ligne AB représentent, à une certaine échelle, la consommation totale par heure sous différentes charges. Ces ordannées, divisées par les abscisses, donnent la courbe CD des consommations par kilov\ratt-heure. Enfin, la courbe E F donne la pression de la vapeur à l'admission dans le premier distributeur; G H donne la température au même point. Dans ces essais, la pression effective avant le passage par la soupape régulatrice était de 12 kilogrammes par cm*.

On remarque que la ligne A B est une droite, résultat qu'on trouve dans presque toutes les turbines, et qui est l'extension à ces machines de la loi de Willans (56); il en résulte que la consommation totale peut

TURBINE CURTIS-BATEAU 501

s'eiprjmer par la dépense à vide augmentée d'une quantité proportionnelle à la charge (').

154, — Turbines multicellulaires comprenant une roue à chutes de vitesse. — Dans les turbines multicellulaires proprement dites, la pression assez élevée qui s^établit dans la première cellule et qui règne sur le couvercle est un inconvénient ; avec 8 roues, cette pression atteint

à peu près la moitié de celle d'admission, et demande une boite

particulièrement soignée au point de vue de Pétancliéité. On peut la

réduire en adoptant une première chute de pression notablement plus

forte; la vitesse étaht beaucoup plus grande, il faut, pour l'utiliser,

munir la première roue de deux couronnes d'aubes.

(1) Les résultats de consommation que nous donnons pour dilTérenles turbines n'ont qu'une valeur relative, et ne peuvent servir à classer ces machines. Le? essais ne sont pas taits dans les mêmes conditions de pression, de températurt' et dp vide, et les rèsullats sont rapportés à la puissance éleclritiue, qui fait entcci en ligne de compte un facteur étranger à la turbine.

TURBINE CURTIS-BATBAU

On obtient ainsi un systèmo qui est une combinaison de la turbine Curtis et de fa multicellulaire ; la Société A, E. G. do Berlin l'emploie

pour les grandes puissances (2000 à 6000 kw. avec 1500 tours, au-dessus de 6000 kw. avec 1000 tours pour la commande des alternateurs à

50 périodes) ; l'une de ces macliines est représentée par la figure 410% tandis que la figure 410' donne à plus grande échelle la disposition

TURBINE CURTIS-RATEAU

La turbine Bergmann (fig. 410^), construite par les anciens ateliers Van den Kerchove, ne diffère de la précédente que par les détails. Pour une pression absolue initiale de 10 atmosphères, les premières tuyères, qui sont convergentes-divergentes, abaissent la pression à 2 atmosphères environ ; la vitesse engendrée est d'environ 900 mètres, tandis que pour

C Régulateur

H Levier du régulateur

S Balancier

F Axe (VosclUation du balancier

|« [ Conduites d'huile

Rk A\

Piston

Axe d'oscillation du levier du régulateur

Arrivée d'huile au tiroir de réglage

Echappements^ l'huile du tiroir de réglage

Soupapes de réglage à main des ajutages Soupape de réglage principale

Fig. 410*.

les directrices suivantes qui aliment les roues à aubage simple, cette vitesse est réduite à 350 mètres environ.

Le régulateur de la turbine Bergmann {fig. 410*) esta étranglement; la soupape équilibrée est commandée par un servo-moteur ordinaire. Toutefois, on réduit la perte de pression à faible charge en supprimant entièrement un certain nombre de tuyères qui sont isolées dans deux ou trois compartiments commandés par les soupapes à main Z.

On peut changer dans une certaine mesure la vitesse de régime, ce qui est utile pour la mise en parallèle ; cet effet est obtenu ici d'une façon ingénieuse en modifiant à la main (ou à distance par une manœuvre du tableau) la position du pivot F, ce qui change la position du tiroir du servo-moteur, et par conséquent la relation entre les positions du régulateur et de la soupape de. réglage.