Brevet FR2928179A1 — publié le 20090904

B09-0212FR 1 Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY DISPOSITIF ET PROCEDE POUR REFROIDIR LA SECTION DE CUVE D'UNE TURBINE A DOUBLE-FLUX Invention de : RIVAS Flor Del Carmen PARRY William Thomas CRONIER Jon- Paul James Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 28 février 2008 sous le n° 12/038.892 2 DISPOSITIF ET PROCEDE POUR REFROIDIR LA SECTION DE CUVE D'UNE TURBINE A DOUBLE-FLUX La présente invention concerne les turbines à vapeur. Plus particulièrement, la présente invention concerne le refroidissement d'une section de cuve d'une turbine à vapeur à double flux. Les turbines à vapeur à double flux comprennent normalement deux extrémités de turbine pour des flux parallèles, situées sur un arbre commun. Souvent, une section de cuve est située entre les extrémités de la turbine et est disposée autour de l'arbre. La vapeur entre radialement vers l'intérieur dans la turbine à vapeur, en direction de la section de cuve, puis le flux de vapeur se divise, tourne axialement et les deux flux s'écoulent dans des directions opposées pour entrer dans chacune des extrémités pour flux parallèles de la turbine. Le flux de vapeur peut être amené à stagner entre le rotor et la section de cuve de la turbine à vapeur à double flux, ce qui crée une forte température sur le rotor du fait de l'échauffement par tourbillonnement de la vapeur stagnante. La température élevée du rotor abrège potentiellement la durée de vie du rotor et risque d'occasionner une panne de la turbine à vapeur. I1 est proposé une turbine à vapeur qui comprend un rotor de turbine, une première extrémité côté générateur ayant un premier étage à l'extrémité côté générateur avec une première réaction, et une extrémité de turbine ayant un premier étage à l'extrémité de turbine avec une seconde réaction non égale à la première réaction. La turbine à vapeur comprend une section de cuve disposée entre l'extrémité côté générateur et l'extrémité de turbine, le rotor de turbine et la section de cuve définissant entre eux un volume annulaire. Une différence entre la première réaction et la seconde réaction permet d'introduire un flux de vapeur qui s'écoule dans le volume annulaire pour réduire la température du rotor de turbine. Un procédé pour refroidir une section de cuve de la turbine à vapeur comprend l'introduction d'un flux de vapeur dans la turbine à vapeur comprenant un rotor de turbine, une extrémité côté générateur ayant 3 un premier étage à l'extrémité côté générateur avec une première réaction, une extrémité de turbine ayant un premier étage à l'extrémité de turbine avec une seconde réaction inférieure à la première réaction, et une section de cuve disposée entre l'extrémité côté générateur et l'extrémité de turbine, le rotor de turbine et la section de cuve définissant entre eux un volume annulaire. Le procédé comprend en outre l'écoulement du flux de vapeur dans le premier étage à l'extrémité côté générateur et l'introduction d'au moins une partie du flux de vapeur dans le volume annulaire, par l0 une différence entre la seconde réaction et la première réaction pour réduire la température du rotor de turbine. La partie de la vapeur qui s'est écoulée est ensuite amenée à passer du volume annulaire à l'extrémité de turbine. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description 15 détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un exemple de turbine à vapeur à double flux ; - la figure 2 est une vue en coupe d'un exemple de turbine à 20 vapeur à double flux ayant un flux de refroidissement s'écoulant dans une section de cuve ; et - la figure 3 est une vue en coupe d'un autre exemple de turbine à vapeur à double flux ayant un flux de refroidissement s'écoulant dans une section de cuve. 25 La description détaillée explique à titre d'exemple, en référence aux dessins, des formes de réalisation de l'invention ainsi que des avantages et des caractéristiques. Sur la figure 1 figure une représentation schématique d'une turbine à vapeur 10 à double flux. La turbine à vapeur 10 comprend 30 une extrémité 12 côté générateur, qui est la plus proche d'un générateur (non représenté), et une extrémité 14 de turbine qui est la plus éloignée du générateur, et l'extrémité 12 côté générateur et l'extrémité 14 de turbine peuvent être disposées dans un carter extérieur 16. Une section de cuve 18 à double flux est disposée 35 axialement entre l'extrémité 12 côté générateur et l'extrémité de 4 turbine et radialement vers l'extérieur d'un rotor 20. Le rotor 20 peut, par exemple, être constitué par un rotor à tambour et au moins un rotor à disques disposés sur un arbre de rotor. Le rotor 20 et la section de cuve 18 sont conçus et disposés pour définir un volume annulaire 22 entre le rotor 20 et la section de cuve 18. La vapeur entre dans la turbine 19 à vapeur à une entrée 24 située radialement vers l'extérieur du rotor 20 et de la section de cuve 18. La vapeur entrant dans la turbine 10 à vapeur à l'entrée 24 s'écoule vers la section de cuve 18, se divise puis entre dans l'extrémité 12 côté générateur ou dans l'extrémité 14 de turbine. Considérant maintenant la fig. 2, l'extrémité 12 côté générateur comprend un premier étage 26 à l'extrémité côté générateur qui comporte une pluralité de distributeurs 28 d'extrémité côté générateur qui, dans certaines formes de réalisation, sont disposées dans la section de cuve 16, et une pluralité d'ailettes 30 d'extrémité côté générateur. Les ailettes 30 d'extrémité côté générateur sont montées sur le rotor 20. Dans certaines formes de réalisation, le rotor 20 peut comprendre une pluralité de trous d'équilibrage 32 d'extrémité côté générateur qui peuvent comporter des trous pour roues et/ou des trous en queue d'aronde situées radialement vers l'intérieur des ailettes 30 d'extrémité côté générateur ou, selon une autre possibilité, dans les ailettes 30 d'extrémité côté générateur. De même, l'extrémité 14 de turbine comprend un premier étage 34 à l'extrémité de turbine qui comporte une pluralité de distributeurs 36 d'extrémité de turbine et une pluralité d'ailettes 38 d'extrémité de turbine. Les ailettes 38 d'extrémité de turbine sont sur le rotor 20. Dans certaines formes de réalisation, une pluralité de trous d'équilibrage 40 d'extrémité de turbine peuvent être situés radialement vers l'intérieur des ailettes 38 d'extrémité de turbine ou, selon une autre possibilité, dans les ailettes 38 d'extrémité de turbine. L'extrémité 12 côté générateur et l'extrémité 14 de turbine sont conçues pour produire une différence de pression entre une première extrémité 42 du volume annulaire et une seconde extrémité 44 du volume annulaire de façon qu'un courant croisé 46 dans le volume annulaire 22 soit créé par la différence de pression. Dans certaines formes de réalisation, on y parvient en concevant l'un des premier étage 26 à l'extrémité côté générateur et premier étage 34 à l'extrémité de turbine pour avoir une réaction négative et l'autre des 5 premier étage 26 à l'extrémité côté générateur et premier étage 34 à l'extrémité de turbine pour avoir une réaction positive. Au sens de la présente description, on entend par "réaction" un rapport d'une chute de pression statique sur les ailettes à une chute de pression totale dans les distributeurs et les ailettes pour l'étage particulier. l0 Dans un étage à réaction négative, une pression de sortie d'ailettes et supérieure à une pression de sortie de distributeurs. Dans la forme de réalisation de la figure 2, le premier étage 26 à l'extrémité côté générateur est conçu avec une réaction négative, et le premier étage 34 à l'extrémité de turbine est conçu 15 avec une réaction positive. Par ailleurs, une pression de sortie des ailettes 30 de l'extrémité côté générateur est supérieure à une pression de sortie des ailettes 38 de l'extrémité de turbine. Concevoir la turbine à vapeur 10 pour inclure une réaction négative dans le premier étage 26 à l'extrémité côté générateur et une 20 réaction positive dans le premier étage 34 à l'extrémité de turbine crée une configuration d'écoulement pour refroidir le rotor 20 dans le volume annulaire 22. Quand la turbine à vapeur 10 est en marche, il en résulte un flux de vapeur représenté par des flèches 46. Le flux de vapeur passe par les distributeurs 28 de l'extrémité côté 25 générateur et par les ailettes correspondantes 30 de l'extrémité côté générateur. Une partie du flux poursuit jusqu'à un second étage 48 à l'extrémité côté générateur, ou par d'autres trous ou passages traversants, par le rotor 20 et poursuit jusqu'au volume annulaire 22 entre la section de cuve 18 et le rotor 20. Le flux de vapeur 46 30 poursuit par le volume annulaire 22 jusqu'à l'extrémité 14 de turbine. Le flux de vapeur 46 passe par les trous d'équilibrage 40 à l'extrémité de turbine, ou par d'autres trous ou passages, et jusqu'à un second étage 50 à l'extrémité de turbine. Le flux de vapeur 46 dans le volume annulaire 22 assure un refroidissement du rotor 20 35 au voisinage immédiat du volume annulaire 22 en limitant de ce fait 6 l'exposition du rotor 20 à des températures qui risquent d'abréger la durée de vue du rotor 20 et potentiellement d'endommager la turbine à vapeur 10. De même, il doit être entendu que concevoir le premier étage 26 à l'extrémité côté générateur pour avoir une réaction positive et le premier étage 34 à l'extrémité de turbine pour avoir une réaction négative établirait un flux de vapeur similaire 46 dans le volume annulaire 22, mais en sens inverse. Dans certaines formes de réalisation, on peut omettre les trous d'équilibrage 32 à l'extrémité côté générateur et/ou les trous d'équilibrage 40 à l'extrémité de turbine. Dans une turbine à vapeur 10 avec une telle configuration, une partie du flux de vapeur 46 passe entre les distributeurs 28 de l'extrémité côté générateur et les ailettes 30 de l'extrémité côté générateur et pénètre dans le volume annulaire 22. Le flux de vapeur 46 poursuit via le volume annulaire 22 jusqu'à l'extrémité 14 de turbine, et entre les distributeurs 36 de l'extrémité de turbine et les ailettes 38 de l'extrémité de turbine, puis par les ailettes 38 de l'extrémité de turbine. Dans certaines formes de réalisation, la turbine à vapeur 10 est conçue de façon que le premier étage 26 à l'extrémité côté générateur et le premier étage 34 à l'extrémité de turbine aient des réactions positives, mais la réaction d'un des premier étage 26 à l'extrémité côté générateur et premier étage 34 à l'extrémité de turbine est supérieure à celle de l'autre des premier étage 26 à l'extrémité côté générateur et premier étage 34 à l'extrémité de turbine. En référence à la figure 3, cette configuration produit un flux de refroidissement 52. Le flux de refroidissement 52 poursuit par les distributeurs 28 de l'extrémité côté générateur, une partie continuant par les ailettes 30 de l'extrémité côté générateur et une autre partie poursuivant entre les distributeurs 28 de l'extrémité côté générateur et les ailettes 30 de l'extrémité côté générateur et pénétrant dans le volume annulaire 22. Le flux de refroidissement 52 poursuit via le volume annulaire 22 et jusqu'à l'extrémité 14 de turbine où il passe entre les distributeurs 36 de l'extrémité de turbine et les ailettes 38 de l'extrémité de turbine, puis par les ailettes 38 de l'extrémité de turbine. Le flux de refroidissement 52 a 7 une température supérieure à celle du flux de vapeur 46, car le flux de refroidissement ne perd pas d'énergie, et donc sa température de baisse pas, lorsqu'il passe par les ailettes 30 à l'extrémité côté générateur avant d'entrer dans le volume annulaire 22. 10 20 25 REVENDICATIONS 1. Turbine à vapeur (10), comprenant : un rotor (20) de turbine ; une extrémité (12) côté générateur ayant un premier étage (26) à l'extrémité côté générateur avec une première réaction ; une extrémité (14) de turbine ayant un première étage (34) à l'extrémité de turbine avec une seconde réaction non égale à la première réaction ; et une section de cuve (18) disposée entre l'extrémité (12) côté générateur et l'extrémité (14) de turbine, le rotor (20) de turbine et la section de cuve (18) définissant entre eux un volume annulaire (22), une différence entre la première réaction et la seconde réaction permettant de faire passer un flux de vapeur par le volume 15 annulaire (22) pour réduire une température du rotor (20) de turbine. 2. Turbine à vapeur (10) selon la revendication 1, dans laquelle la première réaction est une réaction négative et la seconde réaction est une réaction positive. 3. Turbine à vapeur (10) selon la revendication 1, dans laquelle le premier étage (26) à l'extrémité côté générateur comporte : une pluralité de distributeurs (28) de l'extrémité côté générateur ; et une pluralité de distributeurs (30) de l'extrémité côté générateur, disposés sur le rotor (20) de turbine. 4. Turbine à vapeur (10) selon la revendication 3, dans laquelle le rotor (20) de turbine comprend au moins un trou traversant permettant de diriger un flux de vapeur depuis le premier 30 étage 26, à l'extrémité côté générateur, vers le volume annulaire 22. 5. Turbine à vapeur (10) selon la revendication 3, dans laquelle les ailettes (30) de l'extrémité côté générateur comportent au moins un trou traversant permettant de diriger un flux de vapeur depuis le premier étage (26), à l'extrémité côté générateur, jusqu'au 35 volume annulaire (22). 9 6. Turbine à vapeur (10) selon la revendication 1, dans laquelle le premier étage (34) à l'extrémité de turbine comprend une pluralité d'ailettes (38) de l'extrémité de turbine, disposées sur le rotor (20) de turbine. 7. Turbine à vapeur (10) selon la revendication 6, dans laquelle le rotor (20) de turbine comporte au moins un trou traversant permettant de diriger un fluide depuis le volume annulaire (22) jusqu'à l'extrémité (14) de turbine. 8. Turbine à vapeur (10) selon la revendication 6, dans laquelle les ailettes (38) de l'extrémité de turbine comportent au moins un trou traversant permettant de diriger un fluide depuis le volume annulaire (22) jusqu'à l'extrémité (14) de turbine. 9. Turbine à vapeur (10) selon la revendication 1, dans lequel une réaction du premier étage (34) à l'extrémité de turbine est supérieure à une réaction du premier étage (26) à l'extrémité côté générateur, ce qui permet de faire passer un flux de vapeur par le volume annulaire (22) pour réduire une température du rotor (20) de turbine. 10. Procédé de refroidissement du rotor (20) d'une turbine à vapeur (10), comprenant : l'introduction d'un flux de vapeur dans la turbine à vapeur (10) comprenant : un rotor (20) de turbine ; une extrémité (12) côté générateur ayant un premier étage (26) à l'extrémité côté générateur avec une première réaction ; une extrémité (14) de turbine ayant un première étage (34) à l'extrémité de turbine avec une second réaction non égale à la première réaction ; et une section de cuve (18) disposée entre l'extrémité (12) côté générateur et l'extrémité (14) de turbine, le rotor (20) de turbine et la section de cuve (18) définissant entre eux un volume annulaire (22) ; le passage du flux de vapeur par le premier étage (26) à l'extrémité côté générateur ; 5 10 20 2510 la circulation d'au moins une partie du flux de vapeur dans le volume annulaire (22) sous l'effet d'une différence entre la seconde réaction et la première réaction pour réduire la température du rotor (20) de turbine ; et le passage de la partie du flux de vapeur depuis le volume annulaire (22) jusqu'à l'extrémité (14) de turbine. 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le passage du flux de vapeur dans le premier étage (26) à l'extrémité côté générateur comporte : le passage du flux de vapeur par une pluralité de distributeurs (28) de l'extrémité côté générateur ; et le passage du flux de vapeur par une pluralité d'ailettes (30) de l'extrémité côté générateur. 12. Procédé selon la revendication 11, comprenant le 15 passage de la partie de flux de vapeur depuis le premier étage (26) à l'extrémité côté générateur jusqu'au volume annulaire (22) via une première ouverture entre la pluralité de distributeurs (28) de l'extrémité côté générateur et la pluralité d'ailettes (30) de l'extrémité côté générateur. 13. Procédé selon la revendication 10, comprenant le passage de la partie de flux de vapeur jusqu'à l'extrémité (14) de turbine via une seconde ouverture entre une pluralité de distributeurs (36) de l'extrémité de turbine et une pluralité d'ailettes (38) de l'extrémité de turbine. 14. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la seconde réaction est une réaction positive et la première réaction est une réaction négative. 15. Procédé selon la revendication 10, comprenant le passage de la partie de flux de vapeur depuis le premier étage (26) à 30 l'extrémité côté générateur jusqu'au volume annulaire (22) via au moins un trou traversant dans le rotor (20) de turbine. 16. Procédé selon la revendication 10, comprenant le passage de la partie de flux de vapeur depuis le premier étage (26) à l'extrémité côté générateur jusqu'au volume annulaire via au moinsun trou traversant dans les ailettes (30) de l'extrémité côté générateur. 17. Procédé selon la revendication 10, comprenant le passage de la partie de flux de vapeur jusqu'à l'extrémité 14 de turbine via au moins un trou traversant dans le rotor (20) de turbine. 18. Procédé selon la revendication 10, comprenant le passage de la partie de flux de vapeur jusqu'à l'extrémité (14) de turbine via au moins un trou traversant dans les ailettes (38) de l'extrémité de turbine.