Brevet FR2929984A1 — publié le 20091016

B09-1192FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY TURBINE A FAIBLES PERTES A L'ECHAPPEMENT ET PROCEDE DE LIMITATION DES PERTES A L'ECHAPPEMENT Invention de HERNANDEZ Nestor MUNDRA Kamlesh Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 15 avril 2008 sous le n° 12/103.228 TURBINE A FAIBLES PERTES A L'ECHAPPEMENT ET PROCEDE DE LIMITATION DES PERTES A L'ECHAPPEMENT Limiter le plus possible les pertes et modifier les performances dans des machines telles qu'un moteur à turbine à vapeur, par exemple, est intéressant pour des exploitants de ces machines. Les performances des palettes de dernier étage (ADE) jouent un grand rôle dans les performances globales d'une turbine à vapeur. Concevoir et mettre au point une palette de dernier étage totalement nouvelle peut être coûteux et prendre des années à mener à bien en raison de tous les essais onéreux et approfondis nécessaires avant de se montrer prêt à la fabriquer. De la sorte, il n'est pas rare de choisir une palette de dernier étage dans une gamme de palettes de dernier étage préalablement conçues afin de les employer dans de nouvelles applications ou en remplacement dans des applications existantes. Dans de tels cas, un concepteur choisit ordinairement la plus économique parmi les palettes de dernier étage préalablement conçues. Dans des applications pour turbines basse pression, l'emploi de palettes multiples de dernier étage implique l'utilisation de deux ou plus de deux palettes de dernier étage identiques préalablement conçues. Cependant, une telle pratique risque d'aboutir à des performances inférieures de ces palettes de dernier étage et donc de la turbine basse pression. La présente invention est relative à un procédé de limitation des pertes dans une turbine à palettes multiples de dernier étage. Le procédé comprend la détermination d'un flux d'entrée disponible pour la turbine à palettes multiples de dernier étage et le choix de palettes multiples de dernier étage parmi un ensemble de palettes de dernier étage préalablement conçues, les palettes multiples de dernier étage ayant des flux différents les uns des autres qui, lorsqu'ils sont combinés, correspondent au flux d'entrée disponible avec de plus faibles pertes totales à l'échappement. L'invention concerne également un procédé de modification des performances d'une turbine à palettes multiples de dernier étage. Le procédé comprend la détermination d'un flux d'entrée disponible pour la turbine à palettes multiples de dernier étage et le dosage de différentes quantités de flux disponible pour chacune des palettes multiples de dernier étage préalablement conçues de dimensions différentes, en limitant de ce fait les pertes à l'échappement de la turbine à palettes multiples de dernier étage en comparaison du dosage de parties égales du flux total disponible pour chacune des palettes multiples de dernier étage préalablement conçues de mêmes dimensions. Le procédé peut comprendre en outre la limitation maximale des pertes à l'échappement. Dans un autre mode de mise en oeuvre, un rocédé de modification des performances d'une turbine à palettes multiples de dernier étage, comprend : la détermination d'un flux total d'entrée disponible pour la turbine à palettes multiples de dernier étage ; et le dosage de différentes quantités du flux total d'entrée disponible pour chacune de palettes multiples de dernier étage préalablement conçues de dimensions différentes, en limitant de ce fait les pertes à l'échappement de la turbine à palettes multiples de dernier étage en comparaison du dosage de parties égales du flux total disponible pour chacune des palettes multiples de dernier étages préalablement conçues de mêmes dimensions. Le dosage peut comprendre la division du flux total d'entrée disponible pour adapter un flux d'entrée voulu pour chacune des palettes multiples de dernier étage préalablement conçues de dimensions différentes d'après une courbe des pertes à l'échappement par rapport à la vitesse du fluide pour chacune des palettes multiples de dernier étage préalablement conçues de dimensions différentes. Le procédé peut comprendre en outre le calcul de la vitesse du fluide à l'aide d'une section et d'un débit ou en multipliant une section par un débit volumétrique. Selon un autre aspect, l'invention concerne en outre une turbine à palettes multiples de dernier étage. La turbine à palettes multiples de dernier étage comprend une première palette de dernier étage choisie parmi un groupe de palettes de dernier étage préalablement conçues, et au moins une palette de dernier étage supplémentaire, différente de la première palette de dernier étage, choisie parmi le groupe de palettes de dernier étage préalablement conçues, la première palette de dernier étage et la/les palettes de dernier étage supplémentaire(s) ayant des pertes combinées à l'échappement inférieures à des pertes combinées à l'échappement pour n'importe quelle palette multiple de dernier étage de mêmes dimensions choisies parmi le groupe de palettes de dernier étage préalablement conçues. Dans un mode réalisation la turbine à palettes multiples de dernier étage comprend en outre un mécanisme de division de flux d'entrée qui divise d'une manière inégale le flux total d'entrée disponible pour la première palette de dernier étage et la/les palette(s) supplémentaire(s) de dernier étage. Le mécanisme de division de flux d'entrée peut présenter un rapport de sections de turbine basse pression différent entre de multiples flux à basse pression ou tout autre dispositif mécanique. Le groupe de palettes de dernier étage préalablement conçues peut comprendre des palettes de dernier étage existantes. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels : la Fig. 1 représente une vue partielle schématique d'un moteur à turbine à vapeur ; et la Fig. 2 représente une coupe d'une turbine basse pression à palettes multiples de dernier étage, ayant des palettes multiples de dernier étage à sections d'écoulement et à courbes de pertes à l'échappement qui diffèrent en fonction de la vitesse du fluide pour chacune des palettes de dernier étage. Considérant la Fig. 1, il y est représenté une vue schématique d'un moteur 10 à turbine à vapeur. Le moteur 10 à turbine à vapeur comprend une turbine haute pression 14, une turbine moyenne pression 18 et une turbine basse pression à double flux 22. La turbine basse pression à double flux 22 a un flux d'entrée disponible 26 défini par de la vapeur fournie à partir du système d'échappement de la turbine moyenne pression 18. La turbine basse pression à double flux 22 comporte deux palettes 30, 34 de dernier étage. L'invention a pour objet un procédé pour choisir les deux palettes 30, 34 de dernier étage afin de parvenir à des performances souhaitables de la turbine basse pression à double flux 22. Bien qu'une turbine basse pression double flux soit illustrée, d'autres formes de réalisation possibles pourraient employer de multiples turbines basse pression à multiples flux à basse pression. Considérant la Fig. 2, il y est représenté la turbine basse pression à double flux 22, dans une forme de réalisation de l'invention, qui comprend la première palette 30 de dernier étage et la seconde palette 34 de dernier étage. La première palette 30 de dernier étage et la seconde palette 34 de dernier étage ont des dimensions différentes et, ainsi, chacune des palettes 30, 34 de dernier étage a une section d'écoulement différente. Le flux d'entrée disponible 26, vers la turbine basse pression double flux 22, est divisé de manière inégale de sorte qu'un premier flux d'entrée 54 s'écoulant vers la première palette 30 de dernier étage soit plus grand qu'un second flux d'entrée 58 s'écoulant vers la seconde palette 34 de dernier étage. De la sorte, le premier flux d'entrée 54 est supérieur à la moitié du flux d'entrée disponible 26 et le second flux d'entrée 58 est inférieur à la moitié du flux d'entrée disponible 26. Dans d'autres formes de réalisation possibles, ces relations entre les flux pourraient être inversées de telle sorte que le premier flux d'entrée 54 s'écoulant vers la première palette 30 de dernier étage soit plus petit que le second flux d'entrée 58 s'écoulant vers la seconde palette 34 de dernier étage. Les flux d'entrée 54, 58 et les sections d'écoulement déterminent des vitesses 64, 68 de fluides passant respectivement par les palettes 30, 34 d'après l'équation : Vitesse = (Débit volumétrique) x (Section) (1) Chacune des palettes 30, 34 de dernier étage a une relation entre les performances (mesurées par les pertes à l'échappement) et la vitesse du fluide illustrée respectivement sur les courbes 74 et 78. Les courbes 74, 78 révèlent des vitesses de fluides souhaitées 84, 88 reposant sur une limitation maximale des pertes 94, 98 à l'échappement. Puisque, comme on peut le voir sur les courbes 74, 78, les vitesses 64, 68 de fluides pour les palettes 30, 34 de dernier étage fonctionnant avec les flux 54, 58 sont sensiblement égales aux vitesses de fluides souhaitées 84, 88, les palettes 30, 34 de dernier étage fonctionnant à leurs niveaux de performances voulus. Dans la présente forme de réalisation, les pertes 94 et 98 à l'échappement sont respectivement à un minimum des courbes 74 et 78. Puisque le premier flux d'entrée 54 génère la vitesse de fluide souhaitée 84, le premier flux d'entrée 54 est également le flux d'entrée souhaité pour la première palette 30 de dernier étage. De même, puisque le second flux d'entrée 58 génère la vitesse de fluide souhaitée 88, le second flux d'entrée 58 est également le flux d'entrée souhaité pour la seconde palette 34 de dernier étage. A l'aide des deux palettes 30, 34 de dernier étage à flux d'entrée souhaités différents 54, 58, le flux d'entrée combiné souhaité 52 peut être adapté au flux d'entrée disponible 26. Les formes de réalisation décrites ici peuvent permettre à un concepteur d'adapter à un flux d'entrée disponible un flux d'entrée combiné souhaité s'écoulant vers une turbine à multiples palettes de dernier étage, avec plus de précision que ne le permettent les procédés selon la technique antérieure consistant à utiliser deux palettes de dernier étage de mêmes dimensions parmi les palettes de dernier étage préalablement conçues disponibles. Cette dissemblance amène les palettes à fonctionner avec des flux d'entrée plus grands ou plus petits que leur flux d'entrée souhaité, en corrélation avec une vitesse de fluide pour chacune des palettes de dernier étage qui est plus grande ou plus petite que leurs vitesses de fluides souhaitées. C'est ce que font apparaître les courbes 74 et 78, avec un fonctionnement à pertes à l'échappement supérieures aux pertes à l'échappement souhaitées 94 et 98. Puisque le fonctionnement de chacune des palettes 30 et 34 de dernier étage doit suivre respectivement les tracés des courbes 74 et 78, chaque fois que le fonctionnement d'une palette de dernier étage est au dessus des pertes à l'échappement souhaitées 94 et 98, la palette de dernier étage fonctionne à l'un de deux points du tracé, l'un étant au dessus des vitesses de fluides souhaitées 84 et 88 et l'autre étant au dessous des vitesses de fluides souhaitées 84 et 88. Dans ces conditions, les pertes combinées à l'échappement seraient supérieures aux pertes combinées à l'échappement de deux palettes de dernier étage fonctionnant avec les pertes à l'échappement souhaitées 94, 98. Puisqu'il n'existe qu'un nombre fini de palettes de dernier étage préalablement conçues (et, de ce fait, se prêtant à un choix), et que le temps, le coût et le travail pour mettre au point de nouvelles palettes de dernier étage pour certaines applications nouvelles (et de nombreuses applications dans les remplacements de palettes en service) peuvent être prohibitifs, les formes de réalisation décrites ici constituent des outils qu'un concepteur peut utiliser pour choisir des palettes de dernier étage parmi une liste finie de palettes de dernier étage préalablement conçues. Les concepteurs de systèmes de turbines peuvent choisir les palettes multiples 30 et 34 de dernier étage de dimensions différentes (sur une liste de palettes de dernier étage préalablement conçues et disponibles) qui, ensemble, auront un flux d'entrée combiné souhaité 52 qui correspond au flux total d'entrée 26 disponible avec des pertes totales à l'échappement plus faibles que celles qui seraient obtenues à l'aide de palettes multiples de dernier étage préalablement conçues de mêmes dimensions. Une fois que les palettes multiples de dernier étage sont choisies; le concepteur conçoit simplement la division de flux d'après de faibles rapports pression/section d'entrée de turbine ou tout autre dispositif mécanique, afin de diviser le flux d'entrée voulu 52 pour améliorer les flux d'entrée souhaités 54, 58 respectivement pour chacune des deux palettes 30, 34 de dernier étage. I1 peut en aller de même pour des flux multiples à basse pression pour, par exemple, 3, 4, 5 ou 6 palettes de dernier étage, selon les dimensions de la turbine à vapeur. LISTE DES REPERES 10 Moteur à turbine à vapeur 14 Turbine haute pression 18 Turbine moyenne pression mp 22 Palette multiple de dernier étage 26 Flux d'entrée disponible 30, 34 Palettes de dernier étage 52 Flux d'entrée souhaité 54 Premier flux d'entrée 58 Second flux d'entrée 64, 68 Vitesses 74, 78 Courbes 84, 88 Vitesses souhaitées 94,98 Pertes à l'échappement souhaitées REVENDICATIONS1. Procédé de limitation des pertes dans une turbine (22) à palettes multiples de dernier étage, comprenant : la détermination d'un flux d'entrée disponible (26) pour la turbine 5 (22) à palettes multiples de dernier étage ; et le choix de palettes multiples (30, 34) de dernier étage parmi un ensemble de palettes de dernier étage préalablement conçues ayant des flux d'entrée (54, 58) différents l'un de l'autre qui, lorsqu'ils sont combinés, correspondent au flux d'entrée disponible (26) avec un total de 10 pertes à l'échappement (94, 98) inférieur à celui atteint avec des palettes multiples (30, 34) de dernier étage de mêmes dimensions choisies parmi l'ensemble de palettes de dernier étage préalablement conçues 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre la limitation maximale des pertes à l'échappement (94, 98). 15 3. Procédé de modification des performances d'une turbine (22) à palettes multiples de dernier étage, comprenant : la détermination d'un flux total d'entrée disponible (26) pour la turbine (22) à palettes multiples de dernier étage ; et le dosage de différentes quantités du flux total d'entrée 20 disponible pour chacune des palettes multiples de dernier étage préalablement conçues (30, 34) de dimensions différentes, en limitant de ce fait les pertes à l'échappement (94, 98) de la turbine à palettes multiples de dernier étage en comparaison du dosage de parties égales du flux total disponible (26) pour chacune des palettes multiples de dernier 25 étages préalablement conçues (30, 34) de mêmes dimensions. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le dosage comprend la division du flux total d'entrée disponible pour adapter un flux d'entrée souhaité (52) pour chacune des palettes multiples (30, 34) de dernier étage préalablement conçues de dimensions différentes d'après 30 une courbe (74, 78) des pertes à l'échappement par rapport à la vitesse du fluide pour chacune des palettes multiples (30, 34) de dernier étage préalablement conçues de dimensions différentes. 5. Procédé selon la revendication 4, comprenant en outre le calcul de la vitesse (64, 68) du fluide à l'aide d'une section et d'un débit. 6. Procédé selon la revendication 4, comprenant en outre le calcul de la vitesse (64, 68) du fluide en multipliant une section par un débit volumétrique. 7. Turbine (22) à palettes multiples de dernier étage, comprenant une première palette (30) de dernier étage choisie parmi un groupe de palettes de dernier étage préalablement conçues; et au moins une palette supplémentaire (34) de dernier étage, différente de la première palette (30) de dernier étage, choisie par mi le groupe de palettes de dernier étage préalablement conçues, la première palette (30) de dernier étage et la/les palette(s) supplémentaire(s) (34) de dernier étage ayant des pertes combinées à l'échappement (94, 98) inférieures à des pertes combinées à l'échappement pour n'importe quelle palette multiple de dernier étage de mêmes dimensions choisie parmi le groupe de palettes de dernier étage préalablement conçues. 8. Turbine (22) à palettes multiples de dernier étage selon la revendication 7, comprenant en outre un mécanisme de division de flux d'entrée qui divise d'une manière inégale le flux total d'entrée disponible pour la première palette (30) de dernier étage et la/les palette(s) supplémentaire(s) (34) de dernier étage. 9. Turbine (22) à palettes multiples de dernier étage selon la revendication 8, dans laquelle le mécanisme de division de flux d'entrée présente un rapport de sections de turbine basse pression différent selon des flux multiples à basse pression ou tout autre dispositif mécanique. 10. Turbine (22) à palettes multiples de dernier étage selon la revendication 7, dans laquelle le groupe de palettes de dernier étage préalablement conçues comprend des palettes de dernier étage existantes (30, 34).