Brevet FR2319766A1 — publié le 19770225

La présente invention concerne un procédé permettant d'améliorer le rendement d'une turbine à vapeur entratnant un compresseur. L'invention concerne également des aubes directrices de turbines à vapeur conçues pour utiliser le procédé. On sait qu'il arrive fréquesient que tout ou partie des aubages de telles turbines à vapeur fonctionnent au voisinage de la vapeur saturée et que ce fonctionnement correspond à une perte de rendement par rapport au fonctionnement en vapeur seche ou surchauffée. En effet, dans ce fonctionnement il se forme des gouttelettes d'eau condensée dans les étages de la roue mobile de la turbine, ces gouttes sont centrifugees et viennent frapper le bord d'attaque des aubes directrices du distributeur suivant, elles sont entraînées par la vapeur et Se retrouvent au bord de fuite des aubes directrices sous forme de jets formés de gouttes de dimension et de forme variable mais dont la vitesse V' est très inférieure à celle V de la vapeur et dont la vitesse relative i' a une orientation presque opposee à la vitesse U de la roue mobile et cela d'autant plus que la vitesse V' des gouttes est plus faible. Il en résulte un freinage responsable d'une baisse de rendement de la turbine.Voir la figure 1 qui représente un diagramme vectoriel des vitesses avec les références suivantes : U vitesse tangentielle d'un point milieu d'une aube de la roue mobile, V vitesse de la vapeur à la sortie des autres directrices, W vitesse relative de la vapeur par rapport à la roue mobile, V' vitesse des jets de gouttes d'eau à la sortie des aubes directrices, w' vitesse relative des jets par rapport à la roue mobile. Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé de faire circuler de la vapeur à l'intérieur des aubes directrices des distributeurs pour les chauffer de maniere, soit à provoquer un effet de caléfaction qui empêcherait les gouttelettes d'eau de se coaliser sur les parois, soit à en provoquer une vaporisation totale ou partielle. Cependant, ce procédé n'est pas sans inconvénients car la vapeur utilisée est prélevée dans le cylce de vapeur, ce qui provoque une réduction de son rendement. L'utilisation d'eau chaude prélevée dans le cylce se heurte aux mimes inconvénients. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et a pour objet un procédé permettant d'ameliorer le rendement d'une turbine à vapeur entraînant un compresseur qui comporte un circuit de refroidissement par un fluide réfrigérant caractérisé en ce que les aubes directrices des distributeurs de la turbine sont chauffées par une circulation interne, au moyen dudit fluide réfrigérant réchauffé par les calories extraites du compresseur. On utilise ainsi les calories du fluide de réfrigération du compresseur qui, vis-à-vis du cycle de vapeur proprement dit peuvent être considérées comne gratuites. Ce fluide est avantageusement de l'eau chaude. Ainsi, l'apport de calories à la vapeur, par les aubes directrices chauffées est bénéfique pour le cycle, indépendamment des effets mécaniques directs sur les gouttelettes d'eau et sur la diminution de rendement dont ces gouttelettes sont la cause. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit fluide réfrigérant du compresseur, une fois réchauffé, parcours en série plusieurs distributeurs successifs de la turbine. L'invention a également pour objet des aubes directrices creuses pour turbine à vapeur permettant la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention caractérisée en ce quelles sont formees de deux parties réunies et soudées comportant en leur intérieur des ailettes. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention donné à titre non limitatif, faite ci-après en regard du dessin annexé dans lequel la figure 2 représente en coupe une aube suivant l'invention, la figure 3 représente une aube suivant l'invention en élévation, la figure 4 représente un demi-diaphagme de turbine suivant une coupe perpendiculaire à l'axe de la turbine, la figure 5 est une section suivant AA de la figure 4, les figures 6 et 7 montrent en variante une aube selon l'invention. la figure 8 est une représentation schématique montrant l'alimentation en série de plusieurs distributeurs successifs. La figure 2 montre une aube directrice 1 suivant l'invention réalisée en deux parties : l'intrados 2 et ltextrados 3 3 qui sont par exemple matricées et soudées suivant deux lignes 4 et 5. Cette aube comprend un espace interne 6 à l'intérieur duquel circule de l'eau chaude de récupération du circuit de refroidissement du compresseur entraîné par la turbine. L'intrados 2 et l'extrados 3 COmportent du côté de l'espace interne 6 des ailettes 7a et 7b qui ont pour effet d'accrottre le coefficient d'échange du côté interne. La forme et la répartition de ces ailettes sont déterminées de manière à reporter de la meilleure façon possible les apports calorifiques sur la surface externe de l'aube. Comme on le voit en se repportant aux figures 3, 4 et 5, les aubes directrices creuses 1 telle que celle représentée sur la figure 2 sont encastrées dans deux demi-couronnes circulaires 8 et 9, de profil adéquat, qui portent des ouvertures s'adaptant au profil des aubes pour leur encastrement. Ces ouvertures sont, par exemple, réalisées par électro-éro-sion. La demie couronne inférieure ou interne 8 est soudée sur un demi-centre 10 par des soudures Il. L'assemblage de la demie-couronne inférieure 8 et du demi-centre 10 détermine un premier canal semi-annulaire 12 dans lequel débouche l'espace interne 6 des aubes 1. La demie-couronne supérieure ou externe 9 est soudée sur une pièce semi circulaire à section en n : 13 par des cordons de soudure 14 réalisant un deuxième canal semi-annulaire 15 dans lequel débouche également l'espace interne 6 des aubes 1. Comme on le voit mieux sur la figure 4 l'ensemble constitue un demidiaphragme avec son plan de joint axial 16. Au plan de joint, le premier canal semi-circulaire 12 est bouchépar des plaquettes 17 et 18 et le deuxième canal semi-circulaire 15 est bouché par des plaquettes 19 et 20. L'ensemble comporte, en outre, un tube d'entrée 21 d'axe perpendiculaire au plan de joint 16 de la turbine, traversant la pièce semi-circulaire 13 à section en n , une enveloppe 22 de récupération de liteau chaude à la fin de sa circulation dans les aubes, des orifices 23 et 24 percés dans la pièce semicirculaire 13 pour permettre à liteau chaude sortir des aubes de s'évacuer dans ltenveloppe 22 et un tube de sortie 25 traversant l'enveloppe 22, son axe est également perpendiculaire au plan de joint 16 de la turbine. Le circuit de circulation de l'eau chaude est indiqué par les fleches et est canalisé par des cloisons 26 placés dans le premier canal semi-circulaire 12 et dans le canal semi-circulaire 15.Le nombre et la disposition de ces cloisons 26 sont choisis d'une manière adéquate pour obtenir la circulation désirable en fonction des coefficients d'échange et de débit utilisé. Bien entendu, les tubes d'entrées 21 et de sortie 25, traversent le stator de la turbine par des joints convenables, de manière à éviter les possibilités de communication entre le circuit d'eau chaude de chauffage et l'enceinte de la turbine > de façon à ce que des qualités d'eau différentes puissent être utilisées pour le circuit de réfrigération du ou des compresseurs entraînés et le circuit d'eau et de vapeur de la turbine. Les aubes directrices 1 peuvent également comporter à l'extérieur, du coté où circule la vapeur, des ailettes 27 qui permettent d'accroître le coefficient d'échange du côté vapeur et de canaliser le flux des gouttes qui ruissellent sur les surfaces côté vapeur et de les empêcher de se réunir toutes, ou en majeure partie, vers le plafond périphérique de la veine. Elles sont tracées de manière à ne pas perturber l'écoulement du flux de vapeur proprement dit et par exemple leurs tracés sur l'extrados 3 et l'intrados 1 peuvent ne pas correspondre. Elles peuvent aussi n'exister que sur une partie de la largeur des aubes dans la région où les vitesses de vapeur sont encore relativement faibles. L'exemple de realisation décrit ci-dessus s'applique à un mode de réalisation particulier propre au cas des diaphragmes de turbines dites à action mais tout autre mode de réalisation peut être utilisé et adapté au mode de réalisation des aubes directrices pour le type choisi de turbine employé. Les figures 6 et 7 montrent un exemple dans lequel l'eau de chauffage fait un aller et un retour dans chaque aube. Pour cela, il suffit que deux ailettes internes soient réalisées de manière à se joindre par exemple les ailettes 7a' et 7b' réalisant ainsi deux canaux 28 et 29 l'un pour l'aller et l'autre pour le retour. En bout de l'aube, à sa partie inférieure la plus proche de l'axe de la turbine, ces ailettes 7a' et 7b' sont interrompues comme on le voit sur la figure 7, à cette même extrémité l'aube est bouchée, les deux parties extrados 3 et intrados 2 étant soudées suivant la ligne 30. La pièce semi-circulaire 13 comporte alors une partie 31 qui vient s'appliquer contre une partie correspondante 32 dela demie-couronne supérieure 9 dans laquelle viennent s'encastrer les aubes 1. On délimite ainsi deux canaux 33 et 34 dont l'un sert pour l'arrivée de l'eau et l'autre pour le retour. La figure 8 est une représentation schématique montrant une alimentation en série de plusieursdistributeurs successifs : l'eau chaude provenant de la réfrigération des circuits de refroidissement du ou des compresseurs entraînés par la turbine parcours en cascade plusieurs distributeurs successifs, trois dans le cas de la figure. Ce nombre dépend des températures respectives chaude et froide de l'eau des compresseurs, d'une part, et selon les températures de la vapeur dans les divers étages dela turbine, d'autre part. Bien entendu, on ne saurait sortir du cadre de l'invention en remplaçant les éléments décrits par d'autres éléments équivalents assurants la meme fonction. REVENDICATIONS il Procedé permettant d'améliorer le rendement d'une turbine à vapeur entraînant un compresseur qui comporte un cirduit de refroidissement par un fluide réfrigérant, caractérisé en ce que les aubes directrices des distributeurs de la turbine sont chauffées par une circulation interne, au moyen dudit fluide réfrigérant réchauffé par les calories extraites du compresseur. 2/ Procéde selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fluide de réfrigération du compresseur parcours en série plusieurs distributeurs successifs de la turbine. 3/ Aubes directrices creuses pour turbine à vapeur permettant la mise en oeuvre du procédé selon la revendication I caractérisées en ce quelles sont formées de deux parties réunies et soudées comportant en leur intérieur des ailettes. 4/ Aubes directrices creuses selon la revendication 3 caractérisées en ce que l'entrée et la sortie dudit fluide dans les aubes sont situées l'une à l'extre- mité supérieure de l'aube et l'autre à l'extrémité inférieure. 5/ Aubes directrices creuses selon la revendication 3 caractérisées en ce que chaque aube possède un canal d'arrivée et un canal de retour dudit fluide, l'entrée et la sortie étant situées a une même extrémité. 6/ Aube directrice creuse selon l'une des revendication 3, 4 ou 5 caractérisée en ce que les aubes comportent en outre des ailettes externes.