Brevet FR2250897A1 — publié le 19750606

L'invention concerne un procédé d'exploitation d'une centrale à turbo-machines, se composant d'une turbine à gaz, d'une machine synchrone fonctionnant tour à tour en machine opératrice et en machine motrice et d'un groupe compresseur, centrale dans laquelle, en marche au compresseur, la turbine à gaz est débrayée et la machine synchrone constitue le moteur de commande du compresseur, tandis qu'en marche à la turbine à gaz, le groupe compresseur est débrayé et la turbine à gaz commande la machine synchrone qui fonctionne en générateur. Il faut un embrayage entre la turbine à gaz et la machine synchrone, d'une part, et entre la machine syn chrono et le groupe compresseur, d'autre part, pour permettre le mode d'exploitation décrit. a double possibilité d'utilisation de la machine synchrone permet de faire l'économe d'une machine électrique et de ses accessoires, économie qui est intéressante dans tous les cas dans lesquels la turbine à gaz et le groupe compresseur ne doivent fonctionner que tour à tour par exemple dans les installations à turbine à gaz et à réservoir d'air. Par ailleurs, cette disposition permet de faire fonctionner l'ensemble de la centrale si nécessaire en groupe à turbine à gaz et sans réservoir lorsque le débit de refoulement du groupe compresseur est du mEme ordre de grandeur que le débit de la turbine à gaz. toutefois, selon le type des embrayages, le passage de la centrale d'un mode d'exploitation à l'autre exige un certain temps. M8me lorsque les deux embrayages sont à roue libre, le groupe compresseur ne peut Etre séparé de la machine synchrone que lorsque le couple a été réduit, c'est-à-dire à vitesse réduite. Il faut donc aussi en particulier un certain temps pour passer de la marche au compresseur à la marche à la turbine à gaz, cet intervalle de temps représentant en particulier un inconvénient lorsqu'il faut brusquement de l'énergie électrique de manière inattendue pendant la marche au compresseur. L'invention, qui est destinée à éliminer cet inconvénient, a donc pour Rbtez un procédé d'explo~Sta- tion d'un, centrále à turbo-machines du type mentionné, suivant lequel, lorsqu'elle est en marche de la manière indiquée ci-dessus, la turbine à gaz est mise en service pour la production d'énergie pendant que le compresseur est en marche et le groupe compresseur est mis à un régime à faible consommation de puissance.Le procédé de l'invention consiste donc à faire monter en vitesse la turbine à gaz et à l'embrayer avec le groupe compresseur en marche en lui transmettant de la puissance, le passage de la marche en moteur à la marche en générateur de la machine synchrone s'effectuant directement et en une fraction du temps nécessaire à faire passer la centrale d'un régime à l'autre d'apurés le procédé de l'art antérieur. Pour réduire la consommation de puissance du groupe compresseur, il faut en ouvrir les soupapes de purge et diminuer le débit d'aspiration par un clapet monté dans le canal d'admission et/ou par des ailettes directrices réglables et/ou des ailettes mobiles réglables. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est un schéma d'une centrale conforme à l'invention. Un embrayage 2 à roue libre permet de coupler automatiquement la turbine à gaz 1 à la machine synchrone 3 lorsqu'elle doit monter à la vitesse de cette dernière. Le dessin représente à la droite de la machine synchrone 3 le groupe compresseur se composant d'un compresseur basse pression 4 et d'un compresseur haute pression 6. La réSérence 5 désigne un train de transmission monté entre les compresseurs haute pression et basse pression et la référence 7 désigne un refroidisseur intermédiaire dans lequel passe le fluide en circulation à sa sortie du compresseur basse pression et avant son entrée dans le compresseur haute pression. Le conduit menant du compresseur basse pression au compresseur haute pression porte la référence 13 et les références 9 et 10 désignent des soupapes de purge. Un embrayage 8 estaussi monté entre le groupe 4, 5, 6 et la machine synchrone 3. Mais, l'embrayage 8 devant normalement rester ouvert lorsque la turbine à gaz commande la machine synchrone, il n'est pas possible de mettre en oeuvre un simple embrayage à roue libre et il faut d'autres dispositifs complémentaires. ous ces dispositifs exigent que le couple de commande et donc la vitesse du groupe compresseur soient réduits lors du dégagement de embrayage 8. Lorsque la centrale doit brusquement fournir de l'énergie électrique alors qu'elle marche au compresseur (c'est-à-dire qu'il faut la faire passer en marche à la turbine à gaz), il faudrait d'abord couper la machine synchrone du réseau et faire descendre au moins de manière substantielle la vitesse du groupe compresseur. Meme si ce groupe était freiné, il faudrait un certain temps. I1 ne serait possible ensuite de faire monter en vitesse la turbine à gaz avec la machine synchrone qu'après dégagement de l'embrayage 8 pour permettre alors de resynchroniser cette machine et de la mettre sous charge. Conformément au procédé de l'invention, il est possible de faire démarrer immédiatement la turbine à gaz pendant que le compresseur est en service lorsqu'il faut de l'énergie électrique et, lorsqu'elle a atteint la vitesse de la machine synchrone, l'embrayage 2 l'enclenche automatiquement. I1 n'est pas nécessaire de procéder à une nouvelle synchronisation.Il faut ouvrir les soupapes 9 et 10 de purge de manière que la consommation de puissance du groupe compresseur ne soit pas trop importante. I1 en résulte essentiellement une réduction de la consommation de puissance du compresseur haute pression 6, car, lorsqu'il marche alors que les soupapes de purge sont ouvertes, il fonctionne à faible pression d'entrée et donc & BBbit massique réduit. I1 est possible de réduire davantage encore la consommation de puissance par des ailettes directrices réglables 11, essentiellement du compresseur 4, et/ou par un clapet 12 d'étranglement monté dans la tubulure d'admission de ce compresseur. Même lorsque, malgré ces précautions, le groupe compresseur absorbe une partie, pouvant Etre de 10 à 20fui, de la puissance de la turbine à gaz, la rapidité de l'apport d'énergie électrique de secours peut titre beaucoup plus importante que l'apport total de puissance qui ne serait possible qu'à la fin d'un temps beaucoup plus long (d'après le procédé classique).Lorsqu'il est possible de renoncer complètement à faire passer plus ou moins rapidement la centrale au régime de charge, ctest-à-dire de la marche au compresseur, au régime de production de courant, c'est-à-dire à la marche à la turbine à gaz, dans le cas où le groupe compresseur doit être débrayé, et lorsque le mode d'exploitation de l'invention (pouvant aussi titre dénommé régime secours ) est adopté en permanence pour tous les cas dans lesquels il importe de passer rapidement du premier au second mode d'exploitation mentionnés, l'embrayage 8 peut être d'un type simple, par exemple à crabots , et il est ainsi possible de faire une économie en évitant un embrayage à roue libre. Le passage du régime à production de courant (marche à la turbine à gaz) au régime de charge marche au compresseur) dure certes plus longtemps, mais cet inconvénient a en général peu d'importance. Il va de soi que le procédé décrit et représenté peut subir diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICAtIONS 1. Procédé d'exploitation d'une centrale à turbomachines, se composant d'une turbine à gaz, d'une machine synchrone fonctionnant tour à tour en machine opératrice et en machine motrice et d'un groupe compresseur, centrale dans laquelle, en marche au compresseur, la turbine à gaz est débrayée et la machine synchrone commande le compresseur et, en marche à la turbine à gaz, le groupe compresseur est débrayé et la turbine à gaz commande la machine synchrone, ledit procédé étant caractérisé en ce que la turbine à gaz est mise en service pour la production d'énergie pendant que le compresseur est en marche et le groupe compresseur est mis à un régime à faible consommation de puissance. 2. Procédé d'exploitation d'une centrale à turbo-machines selon la revendication 1, centrale dans laquelle le groupe compresseur est à un ou plusieurs étages et comporte une ou plusieurs soupapes de purge en aval d'au moins un étage, caractérisé par llou- verture de la ou des soupapes de purge. 3. Procédé d'exploitation d'une centrale à turbomachines, selon l'une des revendications I et 2, caractérisé en ce qu'un clapet d'étranglement monté dans la tubulure d'aspiration et, le cas échéant, ou en variante, des ailettes directrices réglables, et, le cas échéant ou en variante, des ailettes mobiles réglables, réduisent le débit d'aspiration du compresseur. 4. Application du procédé selon l'une quelconque des,revendications 1 à 3- à une centrale à turbine à gaz et à réservoir d'air.