Brevet FR2215530A1 — publié le 19740823

L'invention concerne une turbomachine comprellant essentiellement un rotor et une bAcile, dont un fluide chaud de travail échauffe les éléments en service et qui sont refroidis par abandon de chaleur à de l'air après coupure de leur production d'énergie et mise à l'arrêt du générateur de fluide de travail. Les groupes à turbine utilisés dans l'industrie et dans les centrales de production d'énergie doivent autre d'une très grande rentabilité, ctest-à-dire que leurs temps d'arrêt sont très gênants pour leurs utilisateurs et doivent être évités dans la mesure du possible, quelle que soit leur cause, pour autant qu'ils ne soient pas nécessités par leur régime particulier. Donc, en cas de dégâts ou d'une révision du groupe à turbine , les pertes de temps dues à la conception même de ce dernier doivent être évitées dans l'intérêt du propriétaire de la centrale ou de l'usine. Hais, après coupure de la production d'énergie par la machine, ses éléments essentiels tels que la bâche, le support des ailettes directrices et le rotor sont chauds et il n'est pas possible de découvrir ou d'ouvrir la machine immédiatement après cette coupure. Donc, selon les dimensions de la turbomachine ou du groupe à turbine , il en résulte des pertes de temps dues à l'attente jusqu'au moment où les éléments mentionnés sont suffisamment refroidis pour permettre l'ouverture de la machine. Lorsque la machine est refroidie à l'air ambiant, d'une part la vitesse minime de circulation produit un faible refroidissement et d'autre part, le courant naturel d'air dans un sens prédéterminé produit un refroidissement irrégulier. L'irrégularité de ce refroidissement a pour effet de voiler les composants de la turbIne. Il peut donc facilement en résulter des dégâts, car les rotors de ces turbomachines doivent subir une rotation continue pendant la phase de refroidissement. L'invention, destinée à apporter des perfectionnements sur ces points précis, permet d'une part de réduire considérablement les pertes de temps et d'autre part évite pratiquement aux éléments de la boche ou au: autres éléments de la machine de se voiler. Selon un particularité essentielle de I'invention, une soufflante dirige de l'air enrichi en fluide auxiliaire volatil et suivant un trajet imposé par des déflecteurs dns la boche et le canal de circula ion qui ont balayés dans le sens inverse à celui de la circulation du fluide de travail Le courant forcé d'air froid enrichi en fluide auxiliaire volatil et introduit dans la boche et le parcours de circulation refroidit uniformément les éléments ae la turbomachine et l'amélioration du refroidissement peut diminuer l'attente d'environ 3 à 4 jours par exemple pour les centrales à turbine à vapeur jusqu'au moment où il est possible d'ouvrir cette dernière. De manière analogue au principe de balayage à contre-courant, le balayage de refroidissement met en contact les composants les moins chauds de la turbine avec de l'air relativement froid et enrichi en humidité et les éléments chauds de la turbine avec de l'air ayant été réchauffé, de sorte que même pendant le refroidissement, les composants de la turbine sont pratiquement soustraits aux tensions et aux chocs thermiques. Selon un mode de mise en oeuvre avantageux dans une centrale à turbine à vapeur, l'air enrichi est prélevé sur le condenseur de la centrale et de l'eau pulvérisée sature pratiquement l'air de vapeur. Cette disposition, qui ne complique pas la centrale, permet d'en refroidir la turbine à vapeur très rapidement, car les dispositifs d'injection d'eau qui existent dans la bâche basse pression sont mis en service et produisent ainsi un rideau d'eau dans le volume interne du condenseur. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est un schéma du circuit d'une centrale à turbine à vapeur ; et la figure 2 en est une coupe longitudinale schéma- tique par la section moyenne pression. La centrale à turbine à vapeur du schéma de la. figure 1 comprend ile section 1 haute pression, une section 2 moyenne pression et deux sections 3 et 3' basse pression, un arbre 4 couplant les rotors non représentés des sections 1 à 3' de la turbine. La section 1 haute pression reçoit de la. vapeur vive d'un conduit 5. bn conduit 6, 6' tassant par un ourch ru' feur intermédiaire 7 dirige la vapeur qui sort de la es tin hrute p-cision sur la section 2 moyenne pression. Celle-ci est à double flux, de sorte qu'un conduit de passage 8, 8' dirige la vapeur sur chacune des dezx sections basse pression 3 et 3'. Un conduit collecteur 9 dirige la vapeur d'échappement des sections basse pression 3 et 3' sur un condenseur 10. Une tubulure 11 raccorde le condenseur 10 à une soufflante 12. Par ailleurs, un conduit 13 de dérivation équipé d'un organe étrangleur 14 raccorde l'enveloppe 10 du condenseur au conduit 6 de la vapeur d'échappement de la section haute pression 1 de la turbine. Le conduit 6' d'arrivée de la vapeur à la section 2 moyenne pression ainsi que le conduit 5 d'arrivée de la vapeur vive à la section 1 haute pression comportent des orifices obturables ou vannes 15 et 15'. La figure 2 est une coupe longitudinale de la section 2 moyenne pression de la turbine à vapeur dont la bâche 17, le support 19 des ailettes directrices, le rotor 20 et les tubulures 16 et 16' d'arrivée ainsi que les tubulures 18 et 18' d'échappement de la vapeur sont indiqués schématiquement. Les différents éléments portent les mêmes références que sur la figure 1. Les flèches indiquent le parcours suivi par le courant 21 d'air enrichi en humidité. La bâche 17 de cette section 2 moyenne pression comporte également des trous 15" par lesquels la fraction du courant d'air 21", qui refroidit la boche extérieure 17, peut s'échapper. Des raccords élastiquesoudilatables 22, qui sont simplement indiqués, relient les conauits 6' d'arrivée de vapeur au support 19 des ailettes directrices à l'intérieur de la bâche extérieure 17 de la section 2 moyenne pression. Le mode de fonctionnement du circuit de refroidissement va être décrit plus en détail. La tubulure 11 dirige le courant d'air refoulé par la soufflante 12 dans le condenseur 10 de la turbine arrêtée. L'air 21 de refroidissement s'enrichit en humidité dans le condenseur 12. L'injection permanente d'eau dans la section basse pression 3 favorise l'absorp- tion d'humidité par le courant d'air 21 et provoque une pulvérisation en pluie à å l'intérieur du condenseur 12. Le courant 21 d'air injecté dans le condenseur 10 passe en partie par le circuit collecteur 9 pour se diriger sur les sections basse pression 3 et 71 et en partie par les conduits 8 et 8' de passage de la vapeur pour se diriger sur le. section moyenne pression 2 de la turbine. Ainsi, le courant d'air 21 balaie à coatre-courant les canaux des affiiettos de toutes les sections de la turbine. Le courant 21 d'air récsLauffé s'échappe à l'atmosphère par les trous 15 en un emplacement co;reroble du conduit 6' d'arrivée de vapeur à la section 2 moyenne pression de la turbine. Un courant partiel 21' de l'air de refroidissement passe par le conduit 13 en dérivation et le conduit 6 d'échappement pour se diriger du condenseur 10 sur la tubulure d'échappement de la section 1 haute pression de la turbine à vapeur. Un organe 14 d'étranglement est avantageusenent monté dans le conduit 13 en dérivation afin de permettre de faire varier le rapport des courants 21 et 21' de l'air de refroidissement qui se dirigent d'une part sur les sections moyenne pression 2 et basse pression 3 et 3' et d'autre part sur la section 1 haute pression. Le courant d'air 21' balaie et refroidit également à contre-courant les parcours de circulation de la section haute pression. Après avoir absorbé la chaleur de la section haute pression de la turbine, le courant partiel 21' sort par les trous 15' du conduit de vapeur vive. L'air de refroidissement prélève de l'énergie calorifique sur le rotor 20 et le support 19 des ailettes directrices et s'échauffe avec diminution de l'humidité relative sur son parcours du condenseur 10 aux trous 15 et 15' des conduits 5 et 6' d'admission de vapeur des sections haute pression 1 et moyenne pression 2 de la turbine. Les bâches extérieures de la section haute pression 1 et de la section 2 moyenne pression comportent des trous 15" afin qu'elles participent aussi à ce processus de refroidissement. Un courant dirigé 21" d'air de refroidissement est ainsi créé aussi entre le support 19 des ailettes directrices et la biche extérieure 17 des différentes sections de la turbine à vapeur. Le principe décrit permet de refroidir en 24 à 30 heures avec une complication minime des groupes de centrales pouvant atteindre une puissance de 1000 MW immédiatement après leur interruption de service à pleine charge de manière que l'arbre 4 puisse être complète ment arrêté et qu'il soit possible d'ouvrir les différentes boches pour conzeneer l'inspection. Il va de soi que la turbomachine décrite et repr#scntée peut subir diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. R CATI 0?S 1. Turbo-i-chine comprenant essentiellement un rotor et une bâche aux éléments desquels un fluide chaud de travail fait subir un échauffement en service et qui, après coupure de leur production d'énergie et m".se à l'arrBt du générateur du fluide de travail, sont refroidis par abandon de chaleur à de l'air, ladite turbomachine étant caractérisée en ce qu'une soufflante injecte de l'air enrichi en fluide auxiliaire volatil et suivant un trajet imposé par des déflecteurs dans la bâche et le canal de circulation qui sont ainsi balayés en sens inverse à celui de la circulation du fluide de travail. 2. Turbomachine selon la revendication 1 et faisant partie d'une centrale à turbine à vapeur, caractérisée en ce que l'air enrichi est prélevé sur le condenseur de la centrale à turbine à vapeur et l'air est pratiquement saturé de vapeur par injection d'eau. 3. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fluide auxiliaire a un bas point d'ébullition. 4. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un conduit réglable en dérivation injecte l'air enrichi directement dans une section haute pression d'une turbomachine.