Brevet FR2605046A1 — publié le 19880415

Procédé de régulation d'une turbine et installation pour la mise en oeuvre de ce procédé " L'invention concerne un procédé de régulation électronique d'une turbine à vapeur entraînant une pompe d'alimentation ainsi qu'une installation pour la mise en oeuvre de cette régulation. La quantité d'eau fournie au système d'alimen- tation d'un générateur de vapeur par une pompe d'alimen- tation se règle par variation de la vitesse de rotation de la turbine à vapeur entraînant la pompe d'alimentation. La vitesse de rotation proprement dite de la turbine à vapeur entraînant la pompe se réalise par ses vannes de régulation. Pour l'entraînement de la pompe, la turbine comporte deux types de telles vannes: les vannes de base, les vannes basse pression encore appelées vannes BP et les vannes clapet ainsi que les vannes haute pression appelées en abrégé vannes HP. Chacune de ces vannes traite la vapeur différemment. Les vannes HP concernent la vapeur générée dans la partie haute pres- sion de la turbine principale; les vannes BP traitent la vapeur qui a déjà cédé une partie de son énergie dans la partie haute pression dans la turbine principale. I1 en résulte que les vannes HP sont utilisées lorsque la turbine principale est au repos ou ne fournit qu'une puissance électrique faible. Après l'accélération de la turbine principale, les vannes BP se mettent en oeuvre en fonction des paramètres de vapeur croissant en aval de la partie haute pression de la turbine principale. Actuellement, le degré d'ouverture des vannes HP et BP de la turbine à vapeur entraînant la pompe d'alimentation est fourni par la pression de l'huile de réglage qui se présente sous la forme d'un signal fourni par le régulateur hydraulique de vitesse de rotation et qui, en fonction croissante de la pression de cette huile, ouvre d'abord les vannes BP et une fois celles-ci complè- tement ouvertes, également les vannes HP de la turbine d'entraînement de la pompe -d'alimentation. Ce couplage- est invariable dans la mise en route, ce qui se traduit par une série de difficultés en particulier lors de la transition d'un type de vanne à l'autre et inversement ne permet pas une ouverture anticipée des vannes HP aussi longtemps que les vannes BP ne sont pas complètement ouvertes. Cette exigence de réglage précis des vitesses de rotation de la turbine sur une plage étendue est difficilement réalisable pour le régulateur hydraulique et la condition de l'échauffement automatique à la fois de la turbine et de la pompe après des arrêts prolongés n'est pratiquement pas envisageable. La présente invention a pour but de créer un procédé de régulation d'une turbine et une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé remédiant aux incon- vénients principaux cités ci-dessus, en utilisant la dépendance d'ouverture des vannes HP et des vannes BP de la turbine d'entrainement de la pompe d'alimentation en fonction de sa vitesse de rotation. L'installation pour la mise en oeuvre de ce procédé utilise les jeux de régulation, les circuits des capteurs d'entrée d'ouver- ture des vannes HP et BP, les jeux de convertisseurs électriqueshydrauliques, la porte OU et les circuits de commande automatique et de commande manuelle. L'essentiel de l'invention réside dans le fait que l'on agit sur les vannes de la turbine à vapeur assurant l'entraînement de la pompe d'alimentation, de manière automatique et en fonction du mode de travail de la turbine principale à vapeur. L'autre caractéris- tique principale de l'invention réside dans le fait que le second convertisseur électrique-hydraulique est relié aux éléments d'actionnement des vannes BP et que le premier convertisseur électrique- hydraulique du circuit de mise en oeuvre est relié aux éléments de manoeuvre des vannes HP, circuit dont une entrée est reliée au circuit du capteur d'entrée d'ouverture des vannes HP et dont l'autre entrée est reliée au circuit du capteur d'entrée d'ouverture des vannes BP, et dont une autre entrée est reliée au capteur de vitesse de rotation et dont la seconde entrée est reliée à la première entrée ainsi qu'à la seconde entrée du circuit de répartition de signal. L'entrée du circuit de répar- tition de signal est reliée à la sortie du régulateur de vitesse de rotation dont la première entrée est reliée à la sortie du circuit du capteur d'entrée de vitesse de rotation, la seconde entrée étant reliée au capteur de vitesse de rotation. Les entrées du circuit du capteur de vitesse de rotation sont reliées au circuit de commande manuelle du capteur d'entrée de vitesse de rotation et du circuit de commande automatique du capteur d'entrée de vitesse de rotation qui est relié au régulateur d'alimen- tation ainsi qu'au régulateur de chauffage dont la sortie est reliée au capteur de température du métal de la turbine. La première entrée du premier convertisseur du circuit de mise en oeuvre est reliée à la sortie du circuit du capteur d'entrée d'ouverture des vannes HP dont les entrées sont, d'une part, reliées au circuit d'entrée de réglage manuel des vannes HP et, d'autre part, au circuit d'entrée de réglage des vannes HP alors que la seconde entrée du second convertisseur de circuit de commande est reliée au circuit du capteur d'entrée d'ouverture des vannes BP dont les entrées sont, d'une part, reliées au circuit d'entrée de commande manuelle des vannes BP et, d'autre part, au circuit d'entrée de réglage automatique des vannes BP. La seconde entrée du circuit de commande automatique du capteur d'entrée de vitesse de rotation est reliée à la sortie du régulateur d'alimentation. L'essentiel de l'invention réside, toutefois, dans le fait que le circuit d'actionnement qui se compose de convertisseurs, de sélecteurs de minimum, de conver- tisseurs électriques-hydrauliques du régulateur de dépassement de vitesse, est relié par les entrées du convertisseur électrique-hydraulique aux sorties des sélecteurs de minimum dont une entrée est toujours reliée à la sortie du convertisseur et dont la seconde entrée est reliée à la sortie du régulateur de dépassement de vitesse de rotation. L'entrée du régulateur de dépassement de vitesse de rotation est reliée à l'entrée de la porte OU et la première entrée du premier convertisseur est reliée à la sortie du circuit du. capteur d'entrée d'ou- verture des vannes HP alors que la première entrée du second convertisseur est reliée à la sortie du circuit du capteur d'entrée d'ouverture des vannes BP. La seconde entrée du premier convertisseur est alors reliée à la premiere sortie du circuit de répartition de signal et la seconde entrée du second convertisseur est reliée à la seconde sortie de ce circuit de répartition de signal. L'avantage du procédé de régulation de turbine etU:de l'installation de mise en oeuvre de ce procédé réside dans la commande automatique de la position à la fois des vannes HP et des vannes BP. Le fluide de commande de ces vannes est également le fluide hydrau- lique (huile); dans ce cas, chacune des vannes comporte un'circuit'propre. Cela permet pratiquement toutes les combinaisons arbitraires de leur ouverture commune et, par suite, également l'adaptation aux différents états de fonctionnement de la turbine. Le régulateur électro- nique de vitesse de rotation est conçu sous forme de régulateur d'adaptation qui modifie ses paramètres suivant qu'il opère avec les vannes HP ou les vannes BP. Ce procédé permet ainsi une précision constante élevée de la régulation de la vitesse de rotation dans tout son domaine de fonctionnement et permet de résoudre le problème de l'échauffement automatique lors du démarrage après des arrêts plus ou moins prolongés. Le procédé et l'installation selon l'invention permettent les modes de fonctionnement suivants de la turbine entraînant la pompe d'alimentation: d'abord le fonctionnement de la turbine au régime de la régulation de vitesse de rotation par la commande des vannes HP et BP par le signal de sortie du circuit de répartition de signal, le couplage commun des vannes HP et BP se réglant dans le répartiteur suivant le mode de fonctionnement; le fonctionnement de la turbine dans le régime de la régulation de la vitesse de rotation suivant la commande des vannes HP par le signal de sortie du circuit de régulation de signal et les vannes BP par le circuit du capteur d'entrée d'ouverture des vannes BP; également le fonctionnement de la turbine au régime de régulation de vitesse de rotation par la commande des vannes BP par le signal de sortie du circuit de répartition de signal et des vannes HP par le circuit du capteur d'entrée d'ouverture des vannes HP; de plus, on peut actionner la position des vannes HP à partir du circuit du capteur d'entrée d'ouverture des vannes HP et les vannes BP à partir du circuit du capteur d'entrée d'ouverture des vannes BP; de plus, cela permet le fonctionnement en régulation de vitesse de rotation par introduction manuelle de la vitesse de rotation, le fonctionnement en régulation de vitesse de rotation avec introduction auto- matique de la valeur d'entrée et de la vitesse de rota- tion par le signal de sortie fourni par le régulateur d'alimentation superposé, le fonctionnement de la régulation de vitesse de rotation avec introduction automatique de la valeur d'entrée de la vitesse de rota- tion par le signal de sortie du régulateur d'échauffe- ment lors du démarrage après un arrêt plus ou moins prolongé, et la protection des machines dans le cas d'un incident résultant de l'alimentation de la vitesse de rotation ou de la direction de développement de la vitesse de rotation pour le régulateur de dépassement de vitesse de rotation. Un exemple de réalisation de l'installation de régulation d'une turbine est décrit ci-après à l'aide d'un schéma bloc objet de l'unique figure annexée. Selon cet exemple de réalisation, l'élément fondamental de l'installation pour la régulation d'une turbine est un régulateur de vitesse de rotation 1. L'entrée 101 de ce régulateur de vitesse de rotation 1 est reliée à la sortie 113 de la porte OUll. La seconde entrée 112 de cette porte OUlI reçoit le signal de sortie du capteur électronique de vitesse de rotation. La première entrée 111 de la porte OUll reçoit la sortie 123 du circuit 12 du capteur d'entrée de vitesse de rotation. La première entrée 121 du circuit 12 du capteur d'entrée de vitesse de rotation est reliée à la sortie 143 du circuit de commande automatique 14 du capteur d'entrée de vitesse de rotation dont la seconde entrée 142 reçoit le signal de sortie du régulateur d'alimenta- tion 8 superposé. La première entrée 141 du circuit de commande automatique 14 du capteur d'entrée de vitesse de rotation est reliée à la sortie 502 du régulateur de chauffage par passage 5 dont l'entrée 501 est reliée au capteur de température des points critiques de la. turbine. La seconde entrée 122 du circuit 12 du capteur d'entrée de vitesse de rotation est reliée à la sortie 131 du circuit de commande manuelle 13 du capteur d'entrée de vitesse de rotation. La sortie 102 du capteur de vitesse de rotation 1 est reliée à l'entrée 151 du circuit de répartition du signal 15 à partir du régula- teur de vitesse de rotation 1. La première sortie 152 du circuit de répartition du signal 15 est reliée à la seconde entrée 232 du premier convertisseur 23 dont la première entrée 231 est reliée à la sortie 203 du circuit 2 du capteur d'entrée d'ouverture des vannes haute pression. La première entrée 201 du circuit 2 du capteur d'entrée d'ouverture des vannes haute pression est reliée à la sortie 211 du circuit 21 de l'entrée manuelle de position des vannes haute pression. La seconde entrée 202 du circuit 2 du capteur d'entrée d'ouverture des vannes haute pression est reliée à la sortie 221 du circuit 22 de l'entrée automatique de position des vannes haute pression. La sortie 233 du premier convertisseur 23 est reliée à la première entrée 411 du premier sélecteur de minimum 41 dont la seconde entrée 412 est reliée à la sortie 402 du régu- lateur de dépassement de vitesse de rotation 4. La sortie 413 du premier sélecteur de minimum 41 est reliée à l'entrée 601 du convertisseur électrique-hydraulique 6 des vannes haute pression. La seconde sortie 153 du circuit de répartition de signal 15 est reliée à la première entrée 331 du second convertisseur 33 dont la seconde entrée 332 est reliée à la sortie 303 du circuit 3 du capteur d'entrée d'ouverture des vannes basse pression. La première entrée 301 du circuit 3 du capteur d'entrée d'ouverture des vannes basse pression est reliée à la sortie 311 du circuit 31 d'entrée manuelle de posi- tion des vannes basse pression; la seconde entrée 302 est reliée à la sortie 321 du circuit 32 d'entrée auto- matique de position des vannes basse pression. La sortie 333 du second commutatuer 33 est reliée à la premiere entrée 421 du second sélecteur-de minimum 42 dont la seconde entrée 422 est reliée à la sortie 402 du régula- teur de dépassement 4. L'entrée 401 du régulateur de dépassement 4 est reliée à la sortie du capteur électro- nique de vitesse de rotation. La sortie 423 du second sélecteur de minium 42 est reliée à l'entrée 701 du second convertisseur électriquehydraulique 7 des vannes basse pression. L'essentiel de l'activité de l'installation selon l'invention pour la régulation de la turbine réside dans la répartition de la commande de la position des vannes haute pression et basse pression ont deux parties autonomes. La position des vannes haute pression est déterminée par le signal de sortie du premier con- vertisseur électrique-hydraulique 8 et la position des vannes basse pression est déterminée par le signal du second convertisseur électriquehydraulique 7. Chacun de ces convertisseurs 6, 7 est principalement actionné par trois procédés: par le signal de sortie des circuits 2, 3 de la valeur d'entrée d'ouverture des vannes ou par le signal de sortie du régulateur de vitesse de rotation 1 ou par le signal de sortie du régulateur de dépassement 4 et cela suivant les états de fonctionnement et les exigences de l'opérateur. Les circuits 2, 3 des valeurs d'entrée d'ouverture des vannes se commandent manuellement ou automatiquement et la commande automati- que des vannes de régulation, concernées par la commuta- tion automatique de position du régulateur de vitesse de rotatiorn pour assurer la transition sans variation brusque. La valeur d'entrée d'ouverture est également réglable manuellement ou de manière automatique. L'ins- tallation de régulation de turbine permet de charger les deux vannes d'une série par les signaux du régulateur de vitesse de rotaiton 1 ou encore de passer en commande manuelle et de laisser le reste à la compétence du régulateur de vitesse de rotation 1. Aussi longtemps que la grandeur d'entrée de vitesse de rotation est à l'état "automatique", cette grandeur est modifiée soit par le signal de sortie du régulateur d'alimentation 8, soit par le signal-de sortie du régulateur de chauffage par passage 5. Le régulateur de chauffage par passage 5 garantit'le non dépassement des contraintes thermiques acceptables lors du démarrage. LISTE DES REFERENCES UTILISEES O1: Circuit d'actionnement. i: Régulateur de vitesse de rotation. 2: Circuit du capteur d'entrée d'ouverture des vannes haute pression (vannes haute pression). 3: Circuit du capteur d'entrée d'ouverture des vannes basse pression (vannes basse pression). 4:Régulateur. : Régulateur de chauffage par passage. 6:Premier convertisseur électrique-hydraulique (pour les vannes haute pression). 7:Second convertisseur électrique-hydraulique (pour les vannes basse pression). 8: Régulateur d'alimentation. il: Porte OU. 12:Circuit du capteur d'entrée de vitesse de rotation. 13:Circuit de commande manuelle du capteur d'entrée de vitesse de rotation. 14:Circuit de commande automatique du capteur d'entrée de rotation. :Circuit de répartition de signal du régulateur de rotation. 21:Circuit d'introduction manuelle de position des vannes haute pression (vannes haute pression). 22: Circuit d'entrée automatique de position des vannes haute pression (vannes haute pression). 23:Premier convertisseur. 31: Circuit d'entrée manuelle de position des vannes basse pression (vannes basse pression). 32: Circuit d'entrée automatique de position des vannes basse pression (vannes basse pression). 33:Second convertisseur. 41:Premier sélecteur de minimum. 42:Second sélecteur de minimum. 101: Entrée du régulateur de vitesse de rotation. 102: Sortie du régulateur de vitesse de rotation. 111: Première entrée de la porte OU. 112: Seconde entrée de la porte OU. 113: Sortie de la porte OU. 121: Première entrée du circuit de la valeur d'entrée de vitesse de rotation. 121: Seconde entrée du circuit de la valeur d'entrée de vitesse de rotation. 122: Seconde entrée du circuit de la valeur d'entrée de vitesse de rotation. 123: Sortie du circuit de la valeur d'entrée de vitesse de rotation. 131: Sortie du circuit d'actionnement manuel de la valeur d'entrée de vitesse de rotation. 141: Première entrée du circuit de commande automatique de la valeur d'entrée de vitesse de rotation. 142: Seconde entrée du circuit de commande automatique de la valeur d'entrée de vitesse de rotation. 143: Sortie du circuit de commande automatique à partir de la grandeur d'entrée de la vitesse de rotation. 151: Entrée du circuit de répartition de signal. 152: Première sortie du circuit de répartition de signal. 153: Seconde sortie du circuit de répartition de signal. 201: Première entrée du circuit de la valeur d'entrée d'ouverture. 202: Seconde entrée du circuit de la valeurd'entrée d'ouverture. 203: Sortie du circuit de la valeur d'entrée d'ouverture. 211: Sortie du circuit d'entrée manuelle de position des vannes haute pression (vannes haute pression). 221: Sortie du circuit d'entrée automatique de réglage des vannes haute pression (vannes haute pression). 231: Première entrée du premier convertisseur. 232: Seconde entrée du premier convertisseur. 233: Sortie du premier convertisseur. 301: Première entrée du circuit de la valeur d'entrée d'ouverture des vannes basse pression (vannes basse pression). 302: Seconde entrée du circuit de la valeur d'entrée d'ouverture des vannes basse pression (vannes basse pression). 303: Sortie du circuit de la valeur d'entrée d'ouverture des vannes basse pression (vannes basse pression). 311: Sortie du circuit de la demande manuelle de réglage de position des vannes basse pression (vannes basse pression). 321: Sortie du circuit de la demande automatique de posi- tion des vannes basse pression (vannes basse pression). 331: Première entrée du second convertisseur. 332: Seconde entrée du second convertisseur. 333: Sortie du second convertisseur. 401: Entrée du régulateur de dépassement de vitesse de rotation. 402: Sortie du régulateur de dépassement de vitesse de rotation. 411: Première entrée du premier sélecteur de minimum. 412: Seconde entrée du premier sélecteur de minimum. 413: Sortie du premier sélecteur de minimum. 421: Première entrée du second sélecteur de minimum. 422: Seconde entrée du second sélecteur de minimum. 423: Sortie du second sélecteur de minimum. 501: Entrée du régulateur de chauffage par passage. 502: Sortie du régulateur de chauffage par passage. 601: Entrée du convertisseur électrique-hydraulique des vannes haute pression (vannes haute pression). 602: Sortie du convertisseur électrique-hydraulique des vannes haute pression (vannes haute pression). 701: Entrée du convertisseur électrique-hydraulique des vannes basse pression (vannes basse pression). 702: Sortie du convertisseur électrique-hydraulique des vannes basse pression (vannes basse pression). 801: Sortie du régulateur d'alimentation. R E V E N D I C A T I ONS 1 ) Procédé de régulation d'une turbine utili- sant pour l'entraînement de la pompe d'alimentation, la relation entre l'ouverture des vannes haute pression et des vannes basse pression de la turbine à vapeur et sa vitesse de rotation, procédé caractérisé en ce qu'on agit sur les vannes de la turbine à vapeur pour l'entrai- nement de la pompe d'alimentation, de manière automa- tique et précisément en fonction du mode d'entraînement de la turbine à vapeur principale. 2 ) Installation de régulation de turbine comportant un élément de régulation, un circuit d'entrée d'ouverture des vannes haute pression et basse pression, un ensemble de convertisseur électrique-hydraulique et une porte OU ainsi qu'un ensemble de moyens de commande manuelle et automatique, installation caractérisée en ce que le second convertisseur électrique-hydraulique (7) est relié aux éléments d'actionnement des vannes basses pression et le premier convertisseur électrique- hydraulique (8) est relié aux éléments d'actionnement des vannes haute pression dans le circuit d'actionnement (01), l'entrée de celui-ci vers le circuit 2 du capteur d'ouverture des vannes haute pression dont la seconde entrée est reliée au circuit (3) du capteur d'entrée d'ouverture des vannes basse pression et dont une autre entrée est reliée au capteur de vitesse de rotation et dont la première et la deuxième entrée est reliée à la première sortie (152) et la seconde sortie (153) du circuit de répartition de signal (15), l'entrée (151) de celui-ci étant reliée à la sortie (102) du régulateur de vitesse de rotation dont l'entrée (101) est reliée à la sortie (113) de la porte (OUll) dont la première entrée (111) est reliée à la sortie (123) du circuit (12) du capteur d'entrée de vitesse de rotation, sa seconde entrée (112) étant également reliée au capteur de vitesse de rotation, et les entrées (121, 122) du circuit (12) du capteur d'entré de vitesse de rotation étant reliées au circuit de commande manuelle (13) du capteur d'entrée de vitesse de rotation et au circuit de commande automatique (14) du capteur d'entrée de vitesse de rotation, ce dernier étant relié au régulateur d'alimentation (8) et au régulateur de chauffage par passage (5) dont la sortie (502) est reliée au capteur de chaleur du métal de la tur- bine ainsi que la première entré (231) du premier conver- tisseur (23) du circuit de manoeuvre (01) est reliée à la sortie (203) du circuit (2) du capteur d'entrée d'ouverture des vannes haute pression dont les entrées (301, 302) sont reliées, d'une part, au circuit (21) d'entrée manuelle de position des vannes haute pression et, par ailleurs, au circuit (22) d'entrée automatique de position des vannes haute pression, la seconde entrée (332) du second conver- tisseur (33) du circuit d'actionnement (01) étant reliée au circuit (3) du capteur d'entrée d'ouverture des vannes basse pression dont les entrées (301, 302), d'une part, reliées au circuit (31) d'entrée de position manuelle des vannes basse pression et, d'autre part, au circuit (32) d'entrée de position automatique des vannes basse pression et en ce que la seconde entrée (142) du circuit de commande automatique (14) du capteur d'entrée de vitesse de rotation est reliée à la sortie (810) du régulateur d'alimentation (8). 30) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les entrées (601, 701) des con- vertisseurs électriques-hydrauliques (6, 7) sont reliées aux sorties (413, 423) des sélecteurs de minimun (41, 42) et en ce que toujours l'une des premières entrées (411, 421) de ces sélecteurs de minimum (41, 42) est reliée à une sortie (233, 333) des convertisseurs (23, 33) et en ce que leur seconde entrée (412, 422) est reliée à la sortie (402) du régulateur de dépassement de vitesse de rotation (4) qui est reliée à l'entrée (111, 112) de la porte (OUll) et en ce que la premiere entrée (231) du premier convertisseur (23) est reliée à la sortie (203) du circuit (2) du capteur d'entrée d'ouverture des vannes haute pression alors que la première entrée (331) du second convertisseur (33) est reliée à la sortie (303) du circuit (3) du capteur d'entrée d'ouverture des vannesbasse pression, la seconde entrée (232) du premier convertisseur (23) étant reliée à la première sortie (152) du circuit de répartition de signal (15) et la seconde entrée (332) du second convertisseur (33) est reliée à la seconde sortie (153) de ce circuit de répartition de signal (15).