CHAPITRE m Turbines mixtes

159. — Les roues à impulsion peuvent avoir une vitesse circonférentielle considérable en conservant un nombre de tours modéré, parce qu'on peut leur donner un grand rayon et n'injecter la vapeur que sur une petite partie de la circonférence. Cette circonstance permet d'employer des chutes de pression partielles plus fortes pour les roues d^'mpulsion que pour celles à réaction. On sait qu'on peut diminuer encore le nombre des chutes de pression sans exagérer la vitesse en adoptant plusieurs étages de vitesse à chaque chute de pression.

Ces caractères sont mis à profit dans les turbines mixtes. Nous appelons ainsi celles qui comprennent un certain nombre de roues fonctionnant par impulsion, avec une ou plusieurs chutes de vitesse à chaque étage de pression, ces roues étant suivies d'une section dite à basse pression, où la vapeur fonctionne par réaction comme dans la turbine Parsons.

Ces turbines sont beaucoup plus courtes suivant Taxe que celles du paragraphe précédent, ce qui entraine des avantages d'ordre constructif ; les déformations du rotor sont moins à craindre, et on peut réduire les jeux en conséquence, ce qui est important au point de vue des fuites.

L'adoption du système à réaction pour l'extrémité basse pression permet de faire usage du rotor à tambour, de construction plus simple que le système cellulaire des turbines d'impulsion, et donnant lieu à moins de pertes par frottement.

160. — Turbine Sulzer (^). —Comme on le voit dans la figure 422, la partie tournante comprend deux roues A, B, auxquelles la vapeur est distribuée par des secteurs renfermant des directrices ; celles-ci ont l'épaisseur et le profil qui convient pour que les canaux ménagés entre les parties pleines engendrent la vitesse due à la chute de pression

(1) Voir Stodola, et Zeitschrift des V.D.L, 1906, p. 1573 ; 1907, p. 768.

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qu^on veut produire. Chacune des roues est munie de deux couronnes d'aubes entre lesquelles se trouve un anneau de directrices comme dans la turbine Curtis. ^

La vapeur s'échappant de la roue B est admise dans la section C qui, étant à réaction, est nécessairement à injection totale, puis, par le canal de communication M, la vapeur traverse la section D, qui débou che dans le conduit du condenseur.

La partie du tambour qui fonctionne à réaction est donc partagée en deux segments parcourus dans un sens opposé. Il en résulte un équilibrage partiel de la poussée, et le ^complément de Teffort nécessairo est produit en soumettant la partie centrale du rotor du côté du condenseur, à la pression de la chambre K, dans laquelle on admet de la vapeur à une pression convenablement réduite.

Par cette disposition et ce fractionnement du rotor, on évite les difficultés auxquelles donnerait lieu la garniture de Parbre du côté de l'entrée de la vapeur ; cette garniture a débouche ainsi dans la section D, où la fuite peut être encore utilisée, au lieu que, sans cela, elle s'échapperait à Tair libre. Il y a aussi une garniture 6 entre les cellules des roues A et B, puis des garnitures c et ci à la sortie de Parbre.

Les pressions prévues en marche normale sont telles que la garniture c est soumise, à Pintérieur, à une pression voisine de celle de Patmosphëre, ce qui rend Pétanchéité facile à obtenir. Cependant, la pression à Pextrémité de la section C s'abaisse avec la charge, et il est essentiel alors d'empêcher toute rentrée d'air. Pour la garniture d^ la pression à contenir est celle de la chambre d'équilibre K, circonstance également favorable au point de vue des rentrées d'air.

Les garnitures dont il est question ci-dessus, de même que le joint e, sont composés d*un grand nombre de disques minces en laiton, séparés par des disques plus épais en bronze, le tout étant serré, et constituant une boite fixe au centre de la cloison. Les boites c ei d sont à admission de vapeur.

Le réglage est produit par une soupape à étranglement équilibrée, identique à celles employées comme distributeurs dans les machines Sulzer à piston. Cette soupape s'ouvre par pulsations, comme dans le réglage Parsons, le régulateur agissant sur l'amplitude |des pulsations.

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La commande a lieu indirectement, par un servo-moteur à huile dont le piston H à simple effet sert pour Touverture, tandis que la fermeture est produite par un ressort placé au-dessus de la soupape. Cette disposition a Tavantage de provoquer la fermeture lorsque la pression de rtiuile s^abaisse ou s^annule par suite d'un dérangement de la pompe. Cette pompe à huile h est du système centrifuge, son disque est entraîné par lextrémité de droite de l'arbre de la turbine ; le refoule* ment se fait à la pression d'une atmosphère, suffisante pour le graissage des paliers, mais qui demande un servo-^moteur assez grand. Le tiroir t du servo-moteur dépend, par le levier coudé /, de Pexcentrique 1 , commandé de Tarbre de la turbine ; il dépend du régulateur par les connexions r ; les liaisons s produisent Passervissement.

160 bis. — Turbine Sulzer^ nouveau type (^). — Cette turbine ne comprend plus qu^une roue d^impulsion à trois couronnes de vitesses, placée à Torigine d^un tambour à réaction ; celui-ci est à trois diamètres étages et la circulation de la vapeur se fait d'une extrémité vers l'autre. Dans ses dispositions générales, cette turbine a beaucoup d^analogie avec celle de la Compagnie Brown Boveri décrite plus loin et avec la plupart des turbines mixtes actuelles, mais elle comprend beaucoup de détails originaux, et d^abord, on a abandonné le piston équilibreur pour annuler la poussée axiale au moyen d'un plateau lié avec le tourillon à cannelures, et sur lequel s'établit une pression d'huile qui dépend de la poussée et qui est d'environ 10 atmosphères pour la marche normale.

Le caractère le plus saillant de cette machine est Pabandon de tout régulateur à inertie, et Padoption d'un réglage hydraulique. Une pompe rotative commandée par un arbre transversal distribue un circuit d'huile à environ 1,5 atm. qui sert de fluide moteur pour de multiples fonctions, tandis qu'une petite roue centrifuge, calée sur le même arbre, agit sur une petite masse d'huile dont la pression se modifie comme le carré de la vitesse de rotation, et qui actionne le distributeur

(1) Stodola (Zeitschrift des V, D. /., 1911, p. 1709) décrit minutieusement cette nouvelle turbine, et donne les résultats des essais faits par lui à l'usine d'électricité de la ville de Bâle. Ces essais ont été conduits de manière à recueillir assez de données pour la vérification de la théorie et les bases du calcul des turbines ; l'auteur en tire une analyse du plus haut intérêt.

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du servo-moteur réglant la soupape principale. Celle-ci réagit à son tour, par une transmission hydraulique, sur les soupapes de surcharge.

Nous renvoyons à Tarticle cité pour la description du réseau compliqué d'appareils automatiques que comporte le système.

La turbine de 2000 kw. tourne à 1500 révolutions par minute, avec V^^MO de diamètre pour la roue d'impulsion et des diamètres de 756, 956 et 1300 mm pour les parties étagées du tambour à réaction, ce qui donne pour les vitesses circonfërentielles 110, 60, 75 et 94 mètres par seconde, en chiffres ronds.

A pleine charge, la pression de 12,5 atm. abs. avant la soupape de réglage est réduite à 11 avant les tuyères et à 1,84 dans la chambre de la roue d'impulsion, c'est-à-dire à l'entrée des directrices du tambour.

Dans Pessai à charge normale, il résulte de l'analyse faite par M . Stodola que le rendement de la roue d'impulsion est de 46,2 %, par rapport au cycle de Rankine, avec la même chute, tandis que celui du tambour à réaction est de 72,2%. Le rendement de l'ensemble est de 66%.

161. — Turbine Melms et Pfenninger. — Cette turbine, construite par les Ateliers Maffei, à Munich, comprend une série de roues d'impulsion à injection partielle sur la partie renflée du rotor, près de l'entrée de la vapeur en a (fig. 423) ; le groupe à réaction commence à la partie amincie, et ne diffère pas d'un segment de turbine Parsons. L'équilibrage de la poussée est produit par la pression qui s'exerce sur la surface annulaire du tambour à l'endroit où il est rétréci, c'est-à-dire entre les sections à impulsion et à réaction ; le rotor est percé de part en part, ce qui permet à la pression du condenseur de s'établir sur la face de gauche du dummy.

Un arbre auxiliaire horizontal, monté dans le socle du palier de gauche, et commandé de l'arbre principal par vis sans fin, actionne la pompe à huile et porte le régulateur, qui appartient à la catégorie des régulateurs d'arbre ; il modifie l'excentricité du plateau commandant, par la bielle inclinée 6, un petit tiroir tournant qui remplit les mêmes fonctions que le piston D de la figure 419 (turbine Brown Boveri-Parsons) .

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Une turbine de 500 kw. de ce système, essayée par M. Schrôter, a fait Pobjet d'un rapport très détaillé (^).

On a conservé le type tambour pour la partie à impulsion afin d'éviter les pertes par frottement dans la Vapeur ; il semble cependant qu'on augmente ainsi les fuites. Les constructeurs continuent à employer le

Fig. 423.

tambour pour les couronnes d'impulsion des grosses turbines ; en dessous de SOO kw.,ils remplacent cette partie par une roue à trois étages de vitesses qui est à injection partielle et à laquelle on peut donner un grand diamùtre, ce qui permet d'adopter des nombres de tours assez réduits. La turbine ainsi disposée est analogue à celles de Brown Boveri et C'®, Tosi, etc., dont il va être question.

161 bis. — Turbine mixte (ou combinée) de Brown^ Booeri^Parsons (fig. 423^ à 423^, d'après les constructeurs). — Elle comprend une roue d'impulsion à deux étages de vitesses, analogue à celles des

(1) Zeitschrift des V, D, /., 1906. Un type de 3000 chevaux plus récent est décrit avec beaucoup de détails dans Engg., 1909-2-39, ainsi qu'une turbine avec roue à étages de vitesses combinée avec un tambour à réaction.

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turbines de l'A. E. G., calée à l'extrémitë antérieure du tambour à réaction. Cette roue, utilisant une partie notable de la chute totale de pression, permet de raccourcir le tambour, diminue la fuite au piston d'équilibre du côté de l'entrée, et abaisse la température à laquelle est soumis le rotor.

TURBINES MIXTES

Le régulateur agit sur la pression de Phuile refoulée par une pompe rotative, pression qui détermine Pouverture ou la fermeture de la soupape de distribution principale Q ; après avoir franchi cette soupape, la vapeur arrive par le conduit a dans la chambre de distribution en forme d'arc de cercle coulée avec le couvercle. Cette chambre alimente les compartiments 6, c et rf; le premier est uniquement commandé par la soupape principale, tandis que les deux autres sont alimentés de vapeur par les soupapes automatiques §8\ A forte charge, la pression à Pavai

de la soupape principale 0 est suffisante pour ouvrir 5 e t «', tandis q u'à faible charge elles se ferment successivement ; le laminage est moindre que si toutes les tuyèresrestaien t ouvertes, et la vitesse d'admission reste plus constante. La soupape /% manœuvrée à la main,sertencasde surcharge ou de marche à air libre.

Les figures 423* à 423^ représentent en détail les organes de réglage.

¥ig. 423 2

Fig. 423 s .

TURBINES «IXTES

Légende de ta figure 423*

Cette figure se rapporte au régulateur proprement dit, actionné par l'extrémité de l'arbre de la turbine, et dont tous les organes sont enveloppés.

A, B, C, parties de l'enveloppe, • servant aussi de bâtis-supports pour

les organes ;

D, arbre du régulateur, tournant dans les paliers !■ , G, et commandé par l'engrenage E de l'arbre principal ;

J, régulateur, réglant la position du manchon K, dont les oscillations sont amorties par la cataracte B,;

L, cylindre percé de lumières, à l'intérieur duquel coulisse verticale- '*ment une buselure qui fait corps avec le manchon du régulateur. Le cyUndre L est immobile pendant le réglage; cependant, on peut le déplacer verticalement, soit à la main, soit par l'en cl iqu étage A,, As, manœuvré du tableau de distribution; par ce déplacement, on açit sur la position en hauteur des orifices que doit obturer le régulateur, et on modifie la vitesse de régime ;

M, chambre qui reçoit, par le tuyau T et la tubulure N, le circuit d'htiile qui sert à actionner la sou- — e de réglage principale ;

la soupape d'arrêt W (flg. 423') ;

Di. tachymètre ;

R, pompe à huile rotative, dont on voit à gauche la tubulure d'aspiration, et à droite la tubulure de 1 refoulement. L'huile se rend à la soupape de réglage, revient à la tubulure T, et se trouve à une pression d'autant plus faible que la vitesse s'accélère, car, par suite de ses connexions, le manchon K descend, et découvre les orifices par lesquels l'huile se dégage à l'intérieur de la lanterne L pour retomber dans l'enveloppe et retourner à l'aspiration de la pompe.

Pour empêcher la soupape Q de se fixer, on la maintient en vibra- Fig. 423^ tion en agissant sur la pression de

l'huile ; à cette fin, le bord obturateur du manchon K est taillé en forme de sinusoïde, ce qui fait varier la section périodiquement (300 à 700 fois par minute).

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Légende de la figure 423°,

U, tubulure de la conduite de vapeur arrivant des chaudières ; W, soupape d'arrêt actionnée pi>ur l'ouverture el la fermeture par li poignées ; à cette fin, sa tige Z, que tait tourner le pignon, se visse ou s»

par rapport au piston fjui est maintenu enclenché par la pièce Y ; lorsque le régulateur de sûreté fonctionne, la clef y s'ellace, labse passer le piston pressé par le ressort, etc. ;

S,, tamis destiné k arrêter les particules solides que pourrait entr.ilner la vapeur ;

Q, soupape de réglage principale, manœuvrée par la tige p et le piston 0. sous lequel ag^t la pression de l'huile refoulée par la tubulure S et qui s'échappe par T, tandis que le ressort sollicite la soupape vers le bas. La forme conique donnée à la tige sous le piston O règle l'écliappement de l'huile par des orifices auxiliaires pour amortir les mouvements brusques.

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Légende de la figure 423°.

Cette figure représente l'une des soupapes automatiques commandant l'un dt^s groupes de tuyères d'injection.

a soupape principale

s, soupape qui, par son soulèvement, admet la vapeur au groupe de tuyères ; cette soupape Tait corps avec un piston exposé sur sa face supérieure à la pression de la vapeur non détendue ;

r, ressort <jui tend à fermer la soupape ;

m, cataracte à air servant à amortir les mouvements brusques de la soupape.

Il résulte de ces dispositions que la soupape se lève lorsque la charge étant plus grande, et l'étranglement de la soupape principale moins prononcé, la pression augmente dans l'espace k.

Les constructeurs donnent le diagramme Ttgure 423' indiquant la consommation de leurs turbines en vupeurù 10-12,3 atm. surcImulTée à

330" C, avec 0,94 à 0,93 de vide. Les deux courbes en trait plein se rapportent au lype à réaction pure avec un ou deuï corps, la courbe en trait pointillé est celte de la turbine mixte {').

(1) La turbine Tosi est identique en principe A colle de Bmwn-Boveri, elle en diffère par le réglaffe, le rétrulateur de sûreté et le palier à cannelures à réglage automatique. Voir G. V.»\ Encei.en, la Mécanique à l'Exposition lie Bruxelles, Dunod et Pinat, 1911.