Brevet FR2693827A1 — publié le 19940121

Turbine à vapeur nucléaire de très brande puissance associée à un réacteur PWR La présente invention concerne une turbine à vapeur nucléaire de puissance supérieure à 1500 MW à 1500 tr/min ou supérieure à 1040 MW à 1800 tr/min associée avec un réacteur PWR, c'est-à-dire fournissant de la vapeur saturée à une pression comprise entre 40 et 70 bars. Les turbines à vapeur connues qui pourraient atteindre de telles puissances sont constituées d'un module HP doubleflux alimentant par l'intermédiaire d'un sécheursurchauffeur plusieurs modules BP double-flux (figure 1). Les dimensions de ces turbines en raison du module HP double-flux sont très importantes et leur rendement médiocre. Une turbine à vapeur connue permettant d'atteindre au maximum une puissance de 1500 MW à 1500 tr/mn et 1040 MW à 1800 tr/mn est constituée d'un module HP-MP, la partie HP alimentant la partie MP après passage dans un sécheursurchauffeur et l'échappement MP alimentant plusieurs modules basse pression. Cette turbine présente l'avantage d'avoir une partie HP à simple flux mais l'unique flux MP limite le débit de vapeur à son échappement vers le BP limitant par la même puissance de cette structure de machine. La turbine selon l'invention est une turbine à vapeur nucléaire de puissance supérieure à 1500 MW à 1500 tr/min ou supérieure à 1040 MW à 1800 tr/min comportant un module HP simple flux alimentant par l'intermédiaire d'un dispositif sécheur-surchauffeur un module MP double-flux qui alimente plusieurs modules BP double-flux. Cette turbine présente l'avantage d'avoir un module HP à simple flux, mais en outre le module deux flux MP qui autorise le doublement du débit dans les modules basse pression permet d'accéder à des puissances de turbines nettement supérieures à 1500 MW à 1500 tr/mn et 1040 MW à 1800 tr/mn. Selon un perfectionnement de l'invention la turbine à vapeur ne comporte pas de surchauffeur qui aux puissances considérées est un dispositif encombrant dont les tubes peuvent se détériorer rapidement. Elle comporte uniquement des dispositifs de séchage sans surchauffeur. En effet, les quatre tuyauteries échappements du module HP simple flux et les deux fois quatre tuyauteries des échappements du module MP double flux sont munies d'un dispositif de séchage grande vitesse par centrifugation intégré dans ces tuyauteries. La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre dans laquelle La figure 1 représente une turbine à vapeur nucléaire avec module HP double-flux. La figure 2 représente un diagramme de la vapeur de la turbine de la figure 1. La figure 3 représente une turbine à vapeur nucléaire avec module HP-MP. La figure 4 représente la turbine à vapeur selon l'invention. La figure 5 représente une variante de la turbine à vapeur selon l'invention. La figure 6 représente le diagramme vapeur de la turbine de la figure 5. La figure 7 représente une perspective de la figure 5. La turbine à vapeur connue (voir figure 1) comporte un module HP (haute pression) double-flux 1 muni de deux échappements 2, 2' réuni par des tuyauteries 3 à un sécheursurchauffeur 4. Ce sécheur-surchauffeur 4 alimente plusieurs modules BP (basse pression) double flux 5 montés sur le même arbre 6 que le module HP1. La pression d'admission HP de la vapeur est comprise entre 40 et 70 bars selon la puissance du réacteur et le titre Xo en eau toujours légèrement inférieur à 1. La ligne de saturation est reproduite en trait plein (voir figure 2) A partir du point A d'admission HP, il se produit une détente. La première partie de la détente se fait donc en vapeur saturée dans un module HP et le titre X1 de la vapeur en fin de détente HP est déterminé par le niveau de pression choisi à cet endroit pour effectuer les opérations de séchage puis de surchauffe de la vapeur. La surchauffe étant indispensable pour limiter le titre X2 de la vapeur en fin de détente BP. On a représenté en trait fin la détente HP jusqu'à P1=12 bars et P2=8 bars (points B1, B'l). Ces deux pressions correspondent au domaine que l'on peut considérer comme raisonnable pour des turbines nucléaires à très grande puissance. Ensuite on procède au séchage (trait mixte) suivi d'une surchauffe (trait pointillé) à pression constante (points S1, S'1). La seconde partie de la détente se fait dans un ou généralement plusieurs modules BP, en vapeur sèche dans les premiers étages puis saturée jusqu'à la pression au condenseur. On a représenté en trait fin la détente BP jusqu'à la pression du condensateur (P Le choix de la pression à l'échappement HP que l'on appellera pression de coupure est capital car c'est elle qui fixe la valeur du débit volume à cet endroit. Elle intervient donc directement: - sur l'environnement car elle génère le dimensionnement des sécheurs-surchauffeurs, des tuyauteries échappement HP et admission BP. - Sur la structure du module HP de la turbine et en particulier sur le dimensionnement de l'échappement (dernier ailettage HP). - Sur la structure du module BP de la turbine et sur son dimensionnement car elle fixe la chute qu'il doit absorber qui dépend de la pression admission BP (très peu différente de la pression échappement HP) et de la pression au condenseur. Pour les turbines de très grande puissance, dans une telle structure le choix de la pression de coupure à l'échappement HP ne peut être qu'un compromis entre la fiabilité exigée de chacun des modules et le rendement de la turbine. Le module HP est forcément à double flux car la pression de coupure sera relativement basse de manière à ne pas trop détériorer le rendement et la fiabilité des modules BP. Une autre turbine connue représentée à la figure 3 comporte un module 7 HP-MP comportant une partie HP8 et une partie MP9, l'échappement 10 de la partie HP alimentant la partie MP par l'intermédiaire d'un sécheur-surchauffeur 4. L'échappement MP 11 alimente des modules BP double-flux 5 montés avec le module HP-MP sur un arbre commun 6. Dans une telle structure la présence du MP permet de faire un meilleur choix de la pression de coupure à l'échappement HP. Cette pression est relativement élevée et le module HP est à simple flux, de dimension plus réduite et à bon rendement. Par contre l'unique flux MP associé au module HP limite par construction le débit volume à son échappement vers les modules basse pression ne permettant pas de réaliser au maximum une turbine de 1500 MW à 1500tr/mn et de 1040 MW à 1800 tr/mn. La turbine selon l'invention représentée à la figure 4 comporte un module HP simple flux 12, un module MP doubleflux 13 et plusieurs modules BP double-flux 5. Tous ces modules étant montés sur un arbre commun 6. L'échappement 14 du module HP est relié par quatre canalisations 15 munies de deux sécheurs-surchauffeurs 4, 4' qui alimentent par l'intermédiaire de quatre tuyauteries l'admission du module MP13. Les échappements 16, 16' du module MP comportent des canalisations 17, 17' qui sont reliées aux admissions des modules BP5. Dans une telle structure la présence du module MP séparé du module HP permet de faire un choix optimal de la pression de coupure à l'échappement du HP. Comme il s'agit de turbines de très grande puissance la pression de coupure à l'échappement du HP sera élevée et le module HP à simple flux, de dimension réduite et à bon rendement. Les appareils de séchage/surchauffe seront eux aussi de dimensions réduites compte tenu du niveau élevé de la pression de coupure. Le module MP double flux qui autorise un doublement du débit volume à son échappement permet l'accès à des puissances de turbines nucléaires de très grande puisance environ 2500 MW à 1500 tr/mn et environ 1800 MW à 1800 tr/mn. En outre, le couple pression/température l'échappement MP qui correspond à l'admission BP peut être réduit au maximum ce qui confère aux modules BP les qualités suivantes - Réduction du nombre d'étages et amélioration du rendement et de la fiabilité - Possibilité de réaliser de très grands échappements BP (dernière ailette) permettant de réduire le nombre de modules BP et d'améliorer encore leur rendement. A noter que dans une telle structure de turbine ou la détente totale est partagée en trois - la détente HP se fait en vapeur saturée, - la détente MP se fait en vapeur sèche, - la détente BP se fait sèche puis saturée. Ce qui confère une simplicité de réalisation au module MP complémentaire. Selon une variante de la turbine selon l'invention représentée aux figures 5 et 7, les quatre canalisations 15 ne comportent plus de sécheurs-surchauffeurs mais sont munies chacune d'un dispositif de séchage 18 à grande vitesse par centrifugation chacun intégré à la canalisation. Un tel dispositif de séchage est décrit par exemple dans le brevet US-A-4280825. Les échappements 16, 16' du module MP comportent chacun quatre canalisations 17, 17' munies de sécheurs grande vitesse 19, 19' du même type que les sécheurs 18. Il y a donc huit canalisations 17, 17' et huit sécheurs 19, 19'. L'utilisation d'un module MP simple flux comme dans la technique ancienne n'aurait pas permis d'utiliser de tels sécheurs car au nombre de quatre leur dimension aurait été excessive et leur installation extrêmement délicate, compte tenu de la place disponible réduite. Le fonctionnement de la turbine des figures 5 et 7 est représenté à la figure 6 La vapeur (Point A) subit dans le module HP, une première détente jusqu'à la pression de coupure PC (Point B). La vapeur subit ensuite un premier séchage jusqu'au point de ligne BC dans les dispositifs de séchage 18. La vapeur subit alors dans le module MP une détente jusqu'à la pression PM (Point D) et ensuite un deuxième séchage dans les dispositifs 19, 19', jusqu'au point E ligne DE. Enfin la vapeur se détend dans les modules BP jusqu'à la pression du condenseur PC' (point F) avec une humidité XC'. Sans un deuxième palier de séchage dans le module MP la détente finale serait CG et l'humidité XG deviendrait excessive. Les points B et D correspondant aux détentes HP et MP sont à choisir minutieusement et doivent tenir compte - d'une bonne répartition des humidités aux points B et D. - d'une humidité acceptable au point F. Ce type de fonctionnement sans surchauffe ne peut donc être réalisé qu'avec un double séchage et la mise en place d'un module MP intermédiaire est indispensable. Seul ce type de structure permet de supprimer les appareils volumineux et de conception difficile que sont les sécheurs-surchauffeurs ce qui présente un réel avantage à ce type de structure de turbine. REVENDICATIONS 1/ Turbine à vapeur nucléaire de puissance supérieure à 1500 MW à 1500 tr/min ou supérieure à 1040 MW à 1800 tr/min comportant un module HP simple flux (12) alimentant par l'intermédiaire d'un dispositif sécheur-surchauffeur (4) un module MP double-flux (13) qui alimente plusieurs modules BP double-flux (5) à basse pression et basse température. 2/ Turbine à vapeur nucléaire de puissance supérieure à 1500 MW à 1500 tr/min ou supérieure à 1040 MW à 1800 tr/min comportant un module HP simple flux (12) alimentant par l'intermédiaire d'un dispositif de séchage (18) un module MP double-flux (13) comportant deux échappements (16, 16') munis chacun de quatre canalisations de sortie (17, 17'), lesdites canalisations alimentant plusieurs modules BP double-flux (5) et étant munis chacune d'un dispositif de séchage (19, 19') à grande vitesse par centrifugation intégré dans la canalisation.