Brevet FR2583818A3 — publié le 19861226

FR 2583818 A3 19861226 FR 8509657 A 19850625 La présente invention concerne la production d'énergie dans les centrales thermiques et a notamment pour objet un dispositif à soupape pour turbine à vapeur. Le dispositif à soupape revendiqué trouve son application la plus avantageuse dans les distributeurs de vapeur des turbines à pression relativement haute (P = 1,317. io7 Pa et plus, t > 5400C). On connaît un dispositif à soupape pour turbine à vapeur, comportant, disposés successivement et liés rigidement l'un à l'autre, un corps et une cuvette pourvue d'un canal fermé par une soupape de décharge. Le canal de la cuvette sert à mettre en communication l'enceinte intérieure du dispositif à soupape avec le cylindre de la turbine. La soupape de décharge est solidaire d'une tige liée cinématiquement à une commande et passant le long dudit corps dans un manchon de guidage disposé coaxialement à celui-ci. Dans ce manchon de guidage, sur sa surface orientée vers ledit corps, sont disposés des segments servant à étanchéifier l'enceinte intérieure du dispositif à soupape (cf., par exemple, certificat d'auteur U.R.S.S. nO 721548). Lesdits segments du dispositif à soupape sont pleins en section transversale suivant toute leur hauteur. Ces segments servent à étanchéifier l'enceinte intérieure du dispositif à soupape qui est déchargée avant le début de la levée de la soupape de décharge, ainsi qu'à protéger la soupape de décharge contre la pulsation axiale provoquée par le courant de vapeur arrivant de la boîte à vapeur dans l'enceinte intérieure. Dans le but de protéger les surfaces frottantes du corps, des segments et du manchon de guidage, on les durcit par nitruration jusqu'à une profondeur de 0,3 à 0,5 mm pour augmenter leur dureté. Toutefois, la nitruration desdites surfaces ne permet pas d'atteintre le but visé lorsque le dispositif à soupape doit fonctionner à des températures de vapeur supérieures à 5500C, car le processus de diffusion pendant lequel l'azote se propage suivant tout le volume du métal des pièces durcies (corps, segments, manchon de guidage) recommence. En conséquence, les surfaces frottantes de ces pièces, surtout celles du corps et du manchon de guidage constitués par une quantité de métal relativement grande, perdent la dureté qu'on leur a conférée lors de leur fabrication.Cette perte de dureté aboutit à leur usure rapide et à la formation d'égratignures aux endroits de leur contact avec les segments. En outre, les segments, constitués par une quantité de métal relativement faible, sont, au cours de leur exploitation, moins sujets à l'adoucissement sous l'effet de la nitruration. De ce fait, ils jouent en quelque sorte le rssle d'un outil de coupe vis-à-vis du matériau adouci du corps et du manchon de guidage. Ce phénomène conduit à une usure notable des surfaces frottantes du corps et du manchon de guidage, ce qui, à son tour, provoque la déformation et l'usure des segmentes. Ces inconvénients aboutissent à un fonctionnement anormal de la soupape de décharge, qui perd sa mobilité, s immobilise et se coince, ce qui provoque la rupture de la tige et une panne de la soupape. On s'est donc proposé de mettre au point un dispositif à soupape pour turbine à vapeur, dans lequel les segments et le corps seraient réalisés de manière à réduire l'usure du corps, du manchon de guidage et des segments aux endroits de contact entre eux et d'élever ainsi la fiabilité de fonctionnement du dispositif à soupape au cours de son utilisation. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un dispositif à soupape pour turbine à vapeur, comportant, disposés successivement, un corps et une cuvette liée à celui-ci rigidement, ayant un canal mettant en communication l'enceinte intérieure du dispositif à soupape avec le cylindre de la turbine, et pouvant être fermé par une soupape de déchargement liée à une tige montée dans un manchon de guidage disposé coaxialement audit corps, et des segments étant disposés dans la surface dudit manchon de guidage orientée vers ledit corps, caractérisé en ce qu'une douille est montée entre la partie du manchon de guidage munie desdits segments et ledit corps1 cette douille étant solidaire dudit corps et ayant sur sa surfaceorientée vers le manchon de guidage une couche de nickelage chimique, et que sur chaque segment sont pratiqués une gorge annulaire dans sa surface orientée vers le fourreau, et des canaux radiaux mettant en communication l'enceinte formée entre la gorge annulaire et la douille avec l'intervalle entre le manchon de guidage et la surface intérieure du segment. Dans le dispositif à soupape de turbine à vapeur exécuté selon la présente invention, l'usure des surfaces en contact mutuel (celles du fourreau, des segments, du manchon de guidage) est sensiblement réduite, ce qui permet d'elever la fiabilité de fonctionnement du dispositif à soupape au cours ds son utilisation. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-zi apparaîtront mieux à ia lecture de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente, en coupe longitudinale, un dispositif à soupape conforme à l'invention; - la figure 2 montre l'ensemble encerclé A de la figure 1, à échelle agrandie. Le dispositif à soupape pour turbine à vapeur comporte un corps 1 (figure 1) réuni par assemblage fileté à une cuvette 2. La cuvette 2 s'applique sur un siège (non représenté) de la boîte à vapeur (non représentée). La cuvette 2 possède un canal débouchant 3 fermé par une soupape de déchargement 4. La soupape 4 est exécutée d'une seule pièce avec une tige 5 logée dans un manchon 6 de guidage de cellé-ci. La tige 5 est liée cinématiquement à une commande qui n'est pas représentée car elle ne fait pas l'objet de la présente invention. Des segments 7 et 8 sont montés sur la partie inférieure du manchon de guidage 6.Pour faciliter l'assemblage et le désa5 semblage des segments 7 et 8 ainsi que pour supprimer leur déformation au cours de l'assemblage ou du désaS- semblage, on a monté dans le manchon de guidage 6 un anneau intermédiaire 9 et une pièce 10 rendue solidaire du manchon de guidage 6 par assemblage fileté, ainsi qu'un anneau d'arrêt 11 qui les maintient dans une position donnée. Un logement pour le segment 8 est pratiqué dans la pièce 10 liée rigidement au manchon de guidage 6. Les segments 7 et 8 servent à étanchéifier la chambre 12 formée par le manchon de guidage 6 et le corps 1 à la partie inférieure de celui-ci. Une douille 13 est montée entre la partie 6, portant les segments 7 et 8, et le corps 1 et est rendue solidaire du corps 1. Sa surface oreintée vers le manchon de guidage 6 est munie d'une couche dure de nickelage chimique. Le durcissement de la surface de la douille 13 par une couche -de nickelage chimique élève sensiblement la résistance à l'usure en comparaison de la nitruration. Les segments 7 et 8 sont identiques et toutes les caractéristiques qui vont être décrites dans la description qui va suivre pour l'un d'eux se rapportera dans la même mesure à l'autre. Une gorge 14 est exécutée dans la surface du segment 7 orientée vers la douille 13. Elle divise le segment 7 en une partie supérieure 15 (figure 1) et une partie inférieure 16. La hauteur de la partie supérieure 15 est quelque peu supérieure à celle de la partie inférieure 16, ce qui permet de diminuer considérablement la charge sur la partie supérieure 15 par rapport à la charge sur la partie inférieure. L'enceinte formée entre la gorge 14 et la douille 13 par les canaux radiaux 17~ménagées dans le segment 7 est mise en communication avec l'intervalle entre le manchon de guidage 6 et la surface intérieure du segment 7. En cas où la surface de la douille 13 se trouvant en contact avec les segments 7 et 8 serait hautement résistance, ces segments seront utilisés à l'état "brut", c'est-à-dire qu'ils ne seront pas soumis à la nitruration. La chambre 12 est mise en communication par les canaux 18 avec l'enceinte 19 formée entre le corps 1 et la surface intérieure de la cuvette 2. La chambre 12, les canaux 18, l'enceinte 19 et les intervalles entre les segments 7, 8, la douille 13 et le manchon de guidage 6 forment l'enceinte intérieure du dispositif à soupape. Le canal 20 met en communication la chambre 12 avec la boîte à vapeur (non représentée) pour permettre l'arrivée de vapeur fraiche dans la chambre 12, ce qui permet de prévenir le coincement du dispositif à soupape lorsqu'il vient se poser rapidement sur le siège (non représenté) de la boîte à vapeur (non représentée) lors de la réduction de la charge sur le turbo-alternateur. Le dispositif à soupape de la turbine à vapeur fonctionne comme suit. A la mise en marche de la commande liée cinématiquement à la tige 5, celle-ci se déplace vers le haut (d'après le dessin). La soupape 4 se déplace d'une valeur de course h (figure 1) et vient prendre appui sur le corps 1. Lorsque la soupape de déchargement 4 est ouverte, la vapeur fraîche se trouvant dans la chambre 12 passe à travers les canaux 18, l'enceinte 19 et le canal 3, et arrive dans le cylindre de la turbine en déchargeant l'encéinte intérieure du dispositif à soupape. Après cela, le corps 1 commence à monter conjointement avec la tige 5, la douille 13 et la cuvette 2 par rapport au manchon de guidage 6 et aux segments 7 et 8, et la vapeur fraîche passe de la boite à vapeur dans le cylindre de la turbine.En même temps, la vapeur fraîche se trouvant dans la boîte à vapeur passe par la fente annulaire supérieure 21 (figure 1) entre la douille 13 et le manchon de guidage 6 et remplit les intervalles entre le segment supérieur 7 et le manchon de guidage 6. Par les canaux radiaux 17; la vapeur arrive dans la gorge annulaire 14, dans laquelle s'établit une pression égale à celle régnant dans la boîte à vapeur. La partie supérieure 15 du segment 7 jusqu'au bord inférieur de la gorge annulaire 14 se trouve libérée de la pression intérieure, qui agit alors seulement sur la partie inférieure 16 du segment 7. A travers l'intervalle entre le segment 7 et l'anneau intermédiaire 9 et à travers l'espace annulaire entre la douille 13 et la partie inférieure 16 du segment 7, la vapeur pénètre dans les intervalles annulaires du segment 8, dans lesquels s'établit une pression égale à la moitié de la différente entre la pression de la vapeur fraîche et la pression dans la chambre 12 déchargée. Uti processus analogue de déchargement se déroule dans le segment inférieur 8. Ainsi, les deux segments 7 et 8 transmettent à la douille 13 des efforts égaux de la vapeur seulement par l'intermédiaire de leurs parties inférieures 16. Les parties supérieures 15 déchargées des segments 7 et 8, par suite du couple de réaction de leur section, réduisent l'effort produit par la vapeur sur les parties inférieures 16. En conséquence, l'effort de contact des parties inférieures 16 des segments 7 et 8 sur la douille 13 décroît sensiblement. Des modèles expérimentaux du dispositif à soupape exécuté selon la présente invention ont été montés sur une turbine à vapeur de 800 000 kW, dont les paramètres étaient les suivants: P = 2,43.107 Pa, t = 5500C. Ces dispositifs expérimentaux ont travaillé pendant une longue période (supérieure à trois ans) sans aucun endommagement et continuent à être utilisés à l'heure actuelle. REVENDICATION Dispositif à soupape pour turbine à vapeur , du type comportant, disposés successivement, un corps (1) et une cuvette (2) liée rigidement à celui-ci et ayant un canal (3) mettant en communication l'enceinte intérieure du dispositif à soupape avec le cylindre de la turbine et fermé par une soupape de décharge (4) liée à une tige (5) montée dans un manchon de guidage (6) disposé coaxiàlement au corps !1), des segments (7, 8) étant logés dans la surface de ce manchon orientée vers le corps 1), caractérisé en ce qu'une douille (13) est disposée entre la partie du manchon de guidage (6) pourvue des segments (7, 8) et le corps (1), ladite douille étant rigidement assemblée au corps (1) et étant pourvue, sur sa surface orientée vers le manchon de guidage (6), d'une couche- de nickelage chimique, et chaque segment (7, 8) comportant une gorge annulaire (14) dans sa surface orientée vers la douille (13) et des canaux radiaux (17) mettant en communication l'enceinte formée entre la gorge annulaire (14) et la douille (13) avec l'intervalle formé entre le manchon de guidage (6) et la surface intérieure du segment (7, 8).