Brevet FR2408238A1 — publié le 19790601

La presente invention est relative aux machines dynamoelectriques munies d'un système avec alimentation en fluide dletanchement conçu pour empêcher la fuite du gaz de refroidissement de l'enveloppe des machines et concerne plus particulièrement un système d'alimentation en fluide qui maintient l'écoulement requis de fluide d' étanchement A un jeu de plaques d'étanchéité par la d- tection d'une gamme de défauts de fonctionnement et le declenchement d'une action corrective. Dans les generatrices refroidies à I'hydrogène,les extrémité de l'arbre rotorique doivent sortir d'une enceinte etanche au gaz, ce qui implique l'utilisation de moyens capables d'empêcher la fuite du gaz le long de l'arbre. Des plaques d'etancheité alimentees en huile sous pression sont utilisées dans ce but. De 1' huile est pompee vers une rainure d'alimentation entre les plaques d'etanchéité circulaires.Lorsque la pression d'huile dans la rainure dépasse la pression de gaz dans la géneratrice, une certaine quantite d'huile s'infiltre le long de l'arbre à travers le faible jeu existant entre les plaques d'etanchéite et l'arbre luimême, empêchant ainsi la fuite d'hydrogène A l'exterieur de la generatrice. Le rôle des plaques d'etancheite est de reduire l'ecoulement d'huile A travers l'espace detanchement . Ces plaques peuvent se deplacer radialement avec l'arbre mais sont empêchées de tourner. Le système d'alimentation en huile des plaques d'etanchéite doit maintenir la pression d'huile A une valeur supérieure A celle de la pression de gaz A l'inti rieur de la génératrice.Il est également necessaire de prevoir un moyen supple- mentaire pour amener l'huile aux plaques d'etancheitecar un manque d'huile A ces dernières peut provoquer une fuite de plus en plus importante d'hydrogèn; à partir de la géneratrice et des dégâts A-la fois aux plaques d'étancheité et A l'arbre à cause de l'echauffement par frottement resultant d'un manque de lubrification entre eux. Un exemple d'agencement d'etanchement utilise dans les machines dynamo-electriques est donne dans le brevet US 2 159 057.Bien qu'une pompe auxi- liaire soit prevue dans cet exemple pour prendre la relève de la pompe principale en cas de mise hors service de celle-ci, on n'y trouve aucun moyen pour amener de l'huile aux plaques d'étanchéité pendant le temps necesssire pour que la pompe auxiliaire assure son débit et sa pression de regimbe. Dans les systèmes actuels d'alimentation en huile d' etanchement , on utilise souvent les systèmes de lubrification ou de commande hydraulique de la turbine pour assurer une alimentation d'appoint A pression constante.Quand la source principale d'huile d'etanchement n'est plus en état d'assurer une pression d'huile suffisante, la source de remplacement prend la releve. Cette mise en service de la source de remplacement intervint quand l'ouverture d'un régulateur de pression permet A l'huile de passer du système de remplacement vers les plaques d'étanchXitE lorsque la différencie de pression entre l'huile et l'hydrogène tombe A une valeur préétablie.Dans les systèmes à huile d'étanchement actuels, la différence de pression normale de fonctionnement doit être suffisamment élevée pour permettre une detection précoce et une correction rapide du fonctionnement défectueux tout en évitant un fonctionnement simultané des pompes d'huile principale et auxiliaire. Ces systèmes travaillent habituellement avec une différence de pression de 0,85 kg/cm2 et ont besoin d'une différence minimum de pression de 0,30 kg/cn2 pour maintenir l'etancheité au gaz.Cet encart entre la différence de pression de travail et la difference de pression minimum permet d'obtenir une distinction suffisante entre un fonctionnement normal et un fonctionnement anormal pour éviter une mise en service prématurée de la source auxiliaire d'huile d' étanchement Un tel système est mentionné dans le brevet GB 1 167 192 qui décrit un système de lubrification de secours utilisant un accumulateur hydraulique maintenu pression constante pour fournir l'huile en cas de panne de la pompe de lubrification principale et une pompe auxiliaire mise en service par la pression.Ce système fonctionne de manière satisfaisante quand la plage admissible de différences de pression est supérieure A 0,14 kg/cm2. Quand la plage admissible de différences de pression se situe en dessous de cette valeur, l'utilisation de détecteurs de pression pour la mise en route de la pompe auxiliaire peut se traduire, en cas de faibles pointes de pression dans le système, par un fonctionnement simultané de la pompe principale et de la pompe auxiliaire. Plus récemment, avec l'application de génératrices refroidies a l'hydrogène aux entrainementsdes turbines A gaz, les systèmes à huile d'étanchement ont été combines avec le système A huile de lubrification de la turbine. La pompe huile de lubrification fournit l'huile aux plaques d'étanchéité A travers un régulateur de pression d'huile d'étanchement.Quelle que soit la source de resserve prévue sur le système de lubrification, elle devient également la source de réserve pour l'alimentation en huile des plaques d'étanchéité.Ce genre de sys- tème apporte une certaine simplification du fait qu'une source séparée de pression d'huile d'etanchement n'est pas nécessaire mais il faut un système de lubrification à pression relativement élevée. Ces systèmes travaillent avec une différence de pression de 0,42kg/cm2, laquelle est nécessaire pour réduire la contamination de l'hydrogène par l'air entraîné dans l'huile d'étanchement qui circule le long de l'arbre vers l'hydrogène. Quand pour des considérations d'entratnement il est necessaire d'avoir une différence de pression te 0,42 kg/cm2, quand il n'y a pas de source independante de pression suffisante pour la réserve d'huile d'étanchement et quand le système A huile de lubrification de la turbine ne fonctionne pas A une pression suffisante pour maintenir une différence de pression de 0,42kg/cm2 aux plaques d'e-tanche-i- té, il est nécessaire dedisposer ttun nouveau type de système à huile d'etancheoent différent des systèmes déjà connus.La difficulté majeure rencontrée lors de la conception d'un système A huile d'étanchement avec une différence de pression de 0,42 kg/cm2 réside en ce que la plage de variation de la différence de pression permise se situant entre 0,42 kg/cm2 et 0,30 kg/cm2 est pratiquement impossible A maintenir en n'utilisant que des detecteurs de pression sans qu'on assiste soit A un fonctionnement simultané des systèmes d'alimentation en huile principal et auxiliaire soit A une interuuption de la circulation d'huile d'étanchement aux plaques d'étanchéité, se traduisant par des fuites d'hydrogène et des détériorations de 11 arbre. Suivant la présente invention, une machine dynamoélecttique comportant un système avec alimentation en fluide d'étanchement est caractérisée en ce que le système comprend une enceinte contenant un gaz, un arbre rotatif passant b travers la dite enceinte, le dit arbre et la dite enceinte étant séparés par un interstice prédéterminé, des moyens d'étanchement du dit interstice pour epr pêcher une fuite de gaz A travers celui-ci, un réservoir de fluide, une pompe principale avec son coté aspiration en communication avec le dit réservoir de fluide, une première conduite de communication pour le fluide entre le côte dé- charge de la dite pompe principale et les dits moyens atetanchement, une seconds conduite de communication pour le fluide entre les dits moyens d'étanchement et le dit réservoir de fluide, une conduite de dérivation pour fournir une communication pour le fluide entre la dite première conduite et le dit réservoir de fluide, une pompe auxiliaire avec son côté aspiration en communication avec le dit réservoir de fluide et son côté décharge en communication avec la dite première conduite, des moyens pour maintenir une différence de pression prede- terminée entre le fluide se trouvant dans la dite première conduite et le dit gaz,des moyens pour mesurer le débit dans la dite dérivation et donner A la dite pompe auxiliaire le signal de mise en service quand le dit débit tombe en dessous d'un niveau prédéterminé, et une première soupape faisant en sorte que le dit fluide d'étanchement ne circule qu a partir du côté aspiration vers le côté décharge de la dite pompe principale et une seconde soupape faisant en sorte que le dit fluide d'étanchement ne circule qu'à partir du côté aspiration vers le côté décharge de la dite pompe auxiliaire. Un système A huile d'étanchement est avantageusement prévu pour fournir de l'huile aux plaques d'étanchéité d'une turbo-génératrice étanche au gaz a la fois pour le fonctionnement normal et pour le fonctionnement de secours. De manière A éviter une fuite d'hydrogène, une différence de pression doit être maintenue entre l'huile d'étanchement et l'hydrogène. Deux modes de fonc tionnement de secourssont necessaires å A cette fin: 1. un premier cas dune défaillance soudaine de la source principale d' huile d'étanchement et 2, un second en cas d'une dégradation lente de la source d'huile d' etanchemect. Ce système possède une pompe principale d'huile d'étanchement qui fournit de l'huile aux plaques d'étanchéité et qui prend son aspiration soit A partir de la pompe de lubrification ou soit A partir du réservoir huile. Une fraction de l'huile de la pompe principale, déversée dans la conduite d'alimentation des plaques d'étanchéité est ramenée vers le réservoir A travers une conduite de dérivation. La fraction d'huile ainsi détournée est réglée de manière A maintenir la différence de pression normale de l'huile d'étanchement aux plaques d'étanchéité. La conduite de dérivation est munie d'un dispositif de mesure de débit qui actionne une pompe auxiliaire quand le débit dans la conduite de dérivation tombe en dessous d'une valeur prédéterminée.La pompe auxiliaire prend son aspiration A partir soit de la pompe de lubrification ou soit du réservoir d'huile et décharge dans la conduite d'alimentation des plaques d'étanchéité. Grâce A l'utilisation du dispositif de mesure de débit au lieu des détecteurs de différence de pression. le système peut détecter de nombreux types d'avaries et anticiper la nécessite de mettre en service la pompe auxiliaire avant que la différence de pression entre l'huile et le gaz commence effectivement A tomber. Le dispositif de mesure de débit est un excellent détecteur d'avarie quand l'alimentation en huile d'étanchement se dégrade relativement lentement, mais quand l'avarie est brusque, la pompe auxiliaire ne peut pas assurer la pleine pression avant l'interruption de la circulation d'huile, ce qui entrain une fuite de gaz et des dosages aux plaques d'étanchéité. On utilise donc un accumu- lateur hydraulique pour envoyer de l'huile dans la conduite d'alimentation des plaques d'étanchéité pendant quelques secondes lorsque la pression d'huile d' étanchement tombe en dessous du niveau de fonctionnement normal.De manière A empêcher l'huile qui a été envoyée A partir de l'accumulateur de retourner vers les pompes principalet auxiliaire, on a prévu une soupape d'arrêt dans la conr duite d'alimentation aux plaques d'étancheité entre le point de décharge des pompes et le point de comunication de fluide de l'accumulateur hydraulique. Donc, quand on désire une différence de pression de par exemple 0,42 kg/cm2 au système d'huile d'étanchement dtune turbo-génératrice et que le système de lubrification de la turbine n'assure pas une pression suffisante pour maintenir cette différence de pression, il est nécessaire de prévoir une pompe A huile d'étanchement séparée. De même, quand il n'y a pas de source indépendante de pression suffisante pour l'appoint d'huile d'étanchement, une autre pompe séparée doit être utilisée comme source. d'appoint. De manière A assurer une circulation continue d'huile d'étanchement pendant une avarie et A empêcher un fonctionnement simultané des pompes, on utilise un agencement ayant une conduite de dérivation munie d'un dispositif de mesure de débit ainsi qu'un accumulateur hydraulique. L'invention va maintenant être décrite, A titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés. Sur ces dessins: La figure 1 est une vue, partiellement en coupe, des plaques d'étanchéité entourant un arbre rotorique de génératrice et La figure 2 est une représentation schématique du système A huile d'étanchement dune génératrice. A la figure 1, on a représenté des plaques d'étanchéité 10 et 12 disposes en position de fonctionnement autour d'un arbre rotatif 14. Les plaques d'étanchéité 10 et 12 sont empêchées de tourner par des goujons (non représentés) fixés å une enveloppe 16 de génératrice. De l'hydrogène 18 est retenu A l'intérieur de l'enveloppe 16 A l'aide d'un dispositif d'étanchéité 20 qui est réalisé par du fluide d'étanchement s'écoulant le long de l'arbre 14 de part et d'autre des plaques, en remplissant l'espace existant entre ces dernières et l'arbre, qui est en général de 0,05 mm. Le fluide d'étanchement est pompé vers une cavité 22 et de là est amené, par une ouverture 24 dans des rainures 26 et 28 pratiquées dans Les plaques d'etanchéité. Des rainures 26 et 28 le fluide s'écoule par des conduits 30 et 31 dans une cavité 34 prévue entre les plaques d'étanchéité 10 et 12.De la cavité 34 le fluide d'6ttnr chement s'infiltre dans l'espace existant entre les plaques t'etancheite 10 et 12 et l'arbre 14, une partie du fluide s'écoulant A l'encontre de l'hydrogène 18 et une partie vers le palier 36. La figure 2 donne une représentation schematique-d'un système complet d'alimentation en fluide d'étanchement utilisant les principes de la présente invention. Une pompe principale 38 de fluide d'étanchement amène du fluide aux plaques d' étanchéité 10 et 12 partir soit de la décharge d'une pompe 40 de fluide de lu brification de turbine ou soit d'un réservoir 42'de fluide d'étanchement. Une partie du fluide déchargé-par la pompe 38 est détournée par une conduite de dXri- vation 44. La partie de fluide dérivée est modifiée par un régulateur de différence de pression 46 qui maintient une pression de fluide normale dans la conduite d'alimentation 48 des plaques d'étanchéité, Un débitmètre 50 mesure le débit dans la conduite de dérivation 44 et met une pompe auxiliaire 52 en service quand le débit tombe en dessous d'un niveau prédéterminé.La pompe auxiliaire 52 s'ali- mente soit à partir de la pompe de lubrification 40 soit A partir du réservoir de fluide 42 et décharge dans la conduite d'alimentation 48 des plaques d'étanchéité si I a pression dans la conduite 48 tombe en dessous d'une valeur normale de fonctionnement, un accumulateur hydraulique 54 fournit de l'huile d'etanchement A la conduite d'alimentation 48 aboutissant aux plaques d'étanchéité .-Une soupape d'arret 56 empeche tout retour en arrière du fluide dans la conduite 48. Une autre soupage d'arret 58 empêche le fluide circulant dans la conduite 48 de revenir au côté décharge de la pompe 40. Des soupapes 60 et 62, situées du côté décharge des pompes 38 et 52, empechent un retour du fluide A travers chacune des pompes quand la pompe opposée est en fonctionnement. REVENDICATIONS. 1. Machine dynamoélectrique comportant un système avec alimentation en fluide d'étanchement, caractérisée en ce que le dit système comprend une enceinte contenant un gaz, un arbre rotatif traversant la dite enceinte, le dit arbre et la dite enceinte étant séparés par un interstice prédéterminé, des moyens d'6tanche- ment du dit interstice pour empêcher une fuite de gaz A travers celui-ci, un réservoir de fluide, une pompe principale avec son côté aspiration en cowmuni- cation avec le dit réservoir de fluide, une première conduite de passage de fluide mettant en communication le côté décharge de la dite pompe principale et les dits moyens d'étanchemeat, une seconde conduite de passage de fluide mettant en communication les dits moyens d'étanchement et ledit réservoir, une conduite de dérivation pour fournir un passage de fluide entre la dite première conduite et le dit réservoir de fluide, une pompe auxiliaire avec son côté aspiration en communication avec le dit réservoir de fluide et avec son côté décharge en communication avec la première conduite, des moyens pour maintenir une différence de pression déterminée entre le fluide circulant dans la dite première conduite et le dit gaz, des moyens pour mesurer le débit dans la dite conduite de dérivation et pour donner A la dite pompe auxiliaire le signal de mise en service quand le dit débit tombe en dessous d'un niveau prédéterminé, et une première soupape faisant en sorte que le dit fluide d'étanchement ne circule que du côté aspiration vers le côté décharge de la dite pompe primaire et une seconde soupape faisant en sorte que le dit fluide d'étanchement ne circule que du cté aspiration vers le côté décharge de la dite pompe auxiliaire. 2. Machine suivant la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comprend un accumulateur hydraulique en conanunication avec la dite première conduite , le dit accumulateur hydraulique emmagasinant un volume donné du dit fluide å pression normale de fonctionnement du système et envoyant le dit fluide dans la dite première conduite quand la pression dans cette dernière tombe en dessous d'un niveau normale de fonctionnement. 3. Machine suivant la revendication 2 caractérisée en ce qu'une troisième soupape est disposée dans la dite première conduite avant le point où le dit accumulateur est en communication avec la dite première conduite et après le point de communication avec les dites pompes principales et auxiliaire, la dite troisième soupape faisant en sorte que le fluide déchar-gé par le dit accumulateur hydraulique passe par la dite première conduite.pour se diriger vers les dits moyens d'étanchement. 4. Machine suivant l'une des revendications 1 A 3, caractérisée en ce que les dits moyens pour maintenir une différence de pression déterminée comprennent un régulateur de différence de pression qui commande la dite différence de pression en réduisant de façon variable l'écoulement de fluide A travers la conduite de dérivation. 5. Machine suivant l'une des revendications de 1 A 5 dans laquelle des plaques d'étanchéité sont disposées autour de l'arbre, caractérisée en ce que l'arbre passe à travers les dites plaques, avec le dit fluide agissant comme dispositif d'étancbéité vis-A-vis de l'écoulement de gaz et comme lubrifiant entre les dites plaques d'étanchéité et le dit arbre et en ce quelle comprend une pompe de fluide de lubrification avec son côté aspiration en communication avec le dit réservoir de fluide, la pompe principale avec son côté aspiration en communication avec le côte décharge de la dite pompe de lubrification, la pompe secondaire avec son côtéaspiration en communication avec le côté décharge de la dite pompe de lubrification, la première- conduite en communication entre le côté décharge de la dite pompe principale et les dites plaques d'étanchéité et entre le côté décharge de la dite pompe auxiliaire et les dites plaques d'étanchéité, la seconde conduite en communication entre le côté décharge de la dite pompe de lubrification et la dite première conduite, une troisième conduite en communication entre les dites plaques d'étanchéité et le dit réservoir de fluide, la première soupape empêchant tout écoulement de fluide de la dite première conduite vers le côté décharge de la dite pompe de lubrification , la seconde soupape faisant en sorte que le dit fluide d'étancbement ne puisse circuler qu'à partir du coté aspiration vers le côté décharge de la dite pompe principale et la troisième soupape faisant en sorte que le dit fluide d'étanchement ne puisse circuler qut partir du côté aspiration vers le côté décharge de la dite pompe auxiliaire. 6. Machine suivant la revendication 5, caractérisée en ce qu'une quatrième soupape est disposée dans la dite premiere conduite avant le point où le dit accumulateur est mis en communication avec la dite première conduite et après le point de mise en communication de la dite première conduite avec la dite pompe principale, la dite pompe auxiliaire et la dite deuxième conduite, la dite quatrième obligeant le fluide déchargé par le dit accumulateur hydraulique A s'écouler A travers la dite première conduite vers les dites plaques d'étan- chéité. 7. Machine suivant l'une des revendication de 1 A 6, caractérisée en ce que les dits moyens pour maintenir une difference de pression prédéterminée comprennent un régulateur de différence de pression qui commande la dite différence de pression en réduisant de façon variable l'écoulement de fluide A travers la conduite de dérivation.