Brevet FR2931194A1 — publié le 20091120

B09-1376FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY Dispositif et procédé de refroidissement d'une turbine à vapeur à double flux Invention de : RIVAS Flor Del Carmen HERNANDEZ Nestor Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 15 mai 2008 sous le n° 12/120.862 Dispositif et procédé de refroidissement d'une turbine à vapeur à double flux L'invention concerne de façon générale les turbines à vapeur et plus particulièrement, le refroidissement du premier étage et d'une région de cuve d'une turbine à double flux. Une turbine à vapeur comporte un chemin de vapeur défini incluant, en relation d'écoulement en série, une entrée de vapeur, une turbine et une sortie de vapeur. Certaines zones d'une turbine à vapeur peuvent devenir stagnantes vis-à-vis de l'écoulement de vapeur. La force d'entraînement pour assurer un écoulement suffisant de vapeur de refroidissement dans toutes les zones de la turbine peut par exemple être insuffisante. En conséquence, la zone dans laquelle l'écoulement de vapeur est stagnant peut présenter une température accrue. Il est courant de concevoir le premier étage des turbines à vapeur avec une réaction de racine négative pour effectuer le refroidissement de la vapeur pour la première roue. La réaction de racine négative génère une fuite à travers les trous des roues du premier étage. Dans une turbine à vapeur à double flux, il est possible de concevoir les deux extrémités de la turbine avec une réaction de racine négative. On s'attend toutefois à ce qu'une partie de la vapeur soit piégée dans la région de cuve. Dans une turbine à vapeur à double flux, la région de cuve peut en conséquence devenir stagnante vis-à-vis de l'écoulement de vapeur. Si les deux extrémités ont la même réaction de racine ou des réactions de racine légèrement différentes, la force d'entraînement nécessaire pour avoir un écoulement transversal d'une extrémité à l'autre est insuffisante. En conséquence, une température élevée peut apparaître dans la région de cuve en raison de l'échauffement par tourbillonnement de la vapeur stagnante. Cette température élevée diminue potentiellement la durée de vie utile du rotor et peut conduire à une défaillance de la turbine à vapeur. Selon un mode de réalisation, un procédé de refroidissement d'une turbine à vapeur à double flux comprend la fourniture d'un écoulement de vapeur à chaque buse des sections de la turbine ; l'inversion d'une portion de chaque écoulement de vapeur pour fournir un écoulement de vapeur inverse du côté arrière au côté avant de chaque section. Chaque écoulement de vapeur inverse est dirigé vers un espace annulaire compris entre un rotor et une cuve. Le procédé comprend en outre le retrait des écoulements de vapeur inverses à travers un tuyau, le tuyau ayant une première extrémité au niveau de l'espace annulaire à une première pression et une deuxième extrémité à une deuxième pression qui est inférieure à la première pression. Selon un autre mode de réalisation, une turbine à vapeur à double flux comprend une paire de buses, chaque buse étant disposée au niveau d'une section de la turbine ; un rotor supportant les aubes des sections s'étendant Le tuyau annulaire extrémité extrémité. La figure 1 illustre schématiquement une turbine à vapeur à double flux selon un mode de réalisation de l'invention. En se référant à la figure 1, une turbine à vapeur à double flux ou à flux opposés 2 comprend des buses ou diaphragmes 18 sur des sections de la turbine 2. Comme représenté sur la figure 1, de la vapeur 4 est fourni aux deux buses 18 de la turbine à vapeur à double flux 2. On comprendra que la description de l'écoulement de vapeur 4 qui suit s'applique de façon égale aux deux buses 18 de la turbine à vapeur à double flux 2. En se référant de nouveau à la figure 1, la vapeur 4 entre au niveau de la buse 18 de chaque section de pression. Chaque buse 18 est définie par une bague externe de buse 14 qui est supportée par une bague interne ou toile 22. La bague interne 22 est supportée par un anneau central ou cuve 8 qui est statique par rapport à une roue de rotor 6 de la turbine à vapeur à double flux 2. La vapeur 4 passe par une aube 12 qui est supportée par une projection en queue d'aronde de ; une cuve supportant la paire de buses ; et un tuyau depuis un espace annulaire compris entre la cuve et le rotor. comporte une première extrémité au niveau de l'espace et une deuxième extrémité. La pression à la première du tuyau est supérieure à la pression à la deuxième roue de rotor 10. Une portion 26 de la vapeur 4 est inversée pour s'écouler du côté arrière au côté avant de la roue de turbine du premier étage et elle passe ensuite dans un espace annulaire 16 compris entre la roue de rotor 6 et la cuve 8. La portion d'écoulement de vapeur inverse 26 peut être fournie par exemple par des trous d'équilibrage de vapeur 28, à travers l'aube 12 et/ou les projections en queue d'aronde de la roue de rotor 10. Dans les turbines à vapeur il est courant de concevoir le premier étage avec une réaction de racine négative pour fournir la vapeur de refroidissement à la première roue. Dans la turbine à vapeur à double flux 2, il est possible de concevoir les deux extrémités de la turbine avec une réaction de racine négative et qu'une partie de la portion d'écoulement de vapeur inverse 26 soit piégée dans l'espace annulaire 16 dans la région de la cuve 8. Pour fournir une force d'entraînement suffisante pour avoir un écoulement transversal de vapeur de refroidissement d'une extrémité à l'autre, un tuyau 20 est prévu à travers la cuve 8. Le tuyau 20 s'étend depuis l'espace annulaire 16 jusqu'à une région de pression inférieure pour permettre à la vapeur stagnante de sortir de l'espace annulaire 16. Le différentiel de pression entre l'espace annulaire 16 et l'emplacement de la pression inférieure oblige la portion d'écoulement de vapeur inverse 26 à s'écouler à travers le tuyau 20, comme représenté par la flèche 24, pour éviter un échauffement par tourbillonnement. La turbine à vapeur à double flux peut être une turbine à double flux sans condensation, comme utilisée par exemple dans un processus de désalinisation. On comprendra toutefois que l'invention peut être utilisée dans une quelconque turbine à vapeur à double flux nécessitant le refroidissement d'une région de cuve. REVENDICATIONS1. Procédé de refroidissement d'une turbine à vapeur à double flux (2), comprenant : la fourniture d'un écoulement de vapeur à chaque buse (18) des 5 sections de la turbine (2) ; l'inversion d'une portion de chaque écoulement de vapeur (4) pour fournir un écoulement de vapeur inverse (26) depuis le côté arrière vers le côté avant de chaque section, dans lequel chaque écoulement de vapeur inverse (26) est dirigé vers un espace annulaire 10 (16) compris entre un rotor (6) et une cuve (8) ; et le retrait des écoulements de vapeur inverses (26) à travers un tuyau (20), le tuyau (20) ayant une première extrémité au niveau de l'espace annulaire (16) à une première pression et une deuxième extrémité à une deuxième pression qui est inférieure à la première 15 pression. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les écoulements de vapeur inverses (26) sont fournis par l'intermédiaire de trous d'équilibrage de vapeur (28). 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les trous 20 d'équilibrage de vapeur (28) sont prévus dans au moins un élément parmi le rotor (6) et une aube (12) du premier étage de chaque section. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le premier étage de chaque section est configuré pour fournir une réaction de racine négative. 25 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel les premiers étages des sections sont configurés pour fournir la même réaction de racine négative. 6. Turbine à vapeur à double flux comprenant : une paire de buses (18), chaque buse (18) étant disposée au 30 niveau d'une section de la turbine ; un rotor (6) supportant les aubes (12) des sections ; une cuve (8) supportant la paire de buses (18) ; etun tuyau (20) s'étendant depuis un espace annulaire (16) compris entre la cuve (8) et le rotor (6), le tuyau ayant une première extrémité au niveau de l'espace annulaire et une deuxième extrémité, dans laquelle la pression à la première extrémité du tuyau est supérieure à la pression à la deuxième extrémité. 7. Turbine à vapeur à double flux selon la revendication 6, dans laquelle une portion (26) d'un écoulement de vapeur (4) fourni à chaque buse (18) est inversée pour s'écouler depuis le côté arrière de chaque section vers le côté avant par l'intermédiaire de trous d'équilibrage de vapeur (28). 8. Turbine à vapeur à double flux selon la revendication 7, dans laquelle les trous d'équilibrage de vapeur (28) sont prévus dans au moins un élément parmi le rotor (6) et l'aube (12) du premier étage de chaque section. 9. Turbine à vapeur à double flux selon la revendication 6, dans laquelle le premier étage de chaque section est configuré pour fournir une réaction de racine négative. 10. Turbine à vapeur à double flux selon la revendication 9, dans laquelle les premiers étages des sections sont configurés pour fournir la même réaction de racine négative.