Brevet FR2955646A1 — publié le 20110729

B09-4299FR - ODE/PL Société en Nom Collectif dite : GE ENERGY PRODUCTS FRANCE SNC Système et procédé de ventilation pour turbine Invention de : DOMINIAK Pascal COUDRIEAU Joël CARLES Philippe Système et procédé de ventilation pour turbine L'invention concerne les systèmes de ventilation pour turbine. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un système de ventilation capable de s'adapter à différents débits d'extraction d'air. Une application particulièrement intéressante de l'invention concerne un système de ventilation pour une turbine à gaz. Les turbines à gaz, et en particulier les turbines industrielles de puissance comprise entre 40 et 130 MWatt, utilisent, de manière générale, des systèmes de ventilation afin d'éviter les déformations thermiques dans le corps ou dans le stator de la turbine. Un système de ventilation comprend généralement, au moins un moto-ventilateur et des conduits d'admission et d'extraction d'air raccordés au compartiment de la turbine. Il comprend encore un dispositif d'atténuation des nuisances sonores agissant sur les conduits d'admission et d'extraction d'air pour la ventilation. Les normes environnementales et les directives européennes étant de plus en plus sévères, les systèmes de ventilation fonctionnant dans une « atmosphère explosive » sont soumis à une réglementation très stricte, contraignant la conception de tels systèmes de ventilation. On entend par « atmosphère explosive », une atmosphère qui pourrait devenir explosive en raison de conditions locales (présence d'air, de combustible, et d'une source de chaude ou d'une étincelle). Il s'agit d'un mélange d'air et de substances inflammables sous forme de gaz, de vapeur ou de poussières, dans lequel après inflammation, la combustion se propage dans l'ensemble du mélange de gaz non brûlés. Afin de répondre à toutes ces normes et directives, le système de ventilation doit, soit empêcher la formation d'une atmosphère explosive, soit, si ce n'est pas possible, éviter l'inflammation d'une atmosphère explosive et atténuer les effets nuisibles d'une explosion. Pour cela, un système de ventilation doit assurer un renouvellement continu de l'air dans le compartiment ventilé, la dilution d'éventuelles fuites de gaz et une nuisance sonore minimale. Par ailleurs, les fuites de gaz dans les conduits d'extraction d'air peuvent être dues à d'éventuelles fuites dans les brides de tuyauteries dues à des vibrations provoquées par la turbine ou à des dilatations thermiques dues à une température trop importante dans la turbine. Lorsque le compartiment présente d'éventuelles fuites de gaz, de nombreux dispositifs proposent de créer une dépression dans ce compartiment. De cette manière, les gaz à pression élevée sont aspirés par l'air à pression plus faible. Afin de répondre aux normes environnementales, les systèmes de ventilation sont devenus plus complexes, par l'adjonction de plusieurs groupes moto-ventilateurs, afin d'assurer la redondance, ayant pour inconvénient l'augmentation de la taille et du poids de tels systèmes et rendant l'assemblage sur site et la maintenance plus difficiles. On a déjà tenté, dans l'état de la technique, d'atteindre ces objectifs. Les documents US 2004/0231418, JP 59015636 et US 2007/249279 proposent à cet égard des solutions permettant d'atteindre ces objectifs. Mais, on pourra, en particulier, se référer au document US2001/0003242 qui propose un système de ventilation composé de ventilateurs et de conduits disposés de manière verticale dans la partie arrière du compartiment de la turbine. On réduit ainsi l'encombrement du système et l'on facilite l'assemblage et la maintenance sur site. La plupart des systèmes de ventilation conventionnels utilisent des clapets anti-retour situés dans les conduits, de section ronde ou carrée. Ces clapets ne permettent pas d'obtenir une bonne étanchéité du système et le blocage fréquent de ces clapets engendre des fuites d'air entre les ventilateurs modifiant ainsi l'écoulement et le profil de la ventilation. Ces défaillances sont dues aux sollicitations mécaniques lors de la fermeture et l'ouverture de ces clapets ainsi qu'aux vibrations provoquées par le passage de l'air à travers les clapets dans le conduit d'extraction d'air. Par ailleurs, une turbine à gaz nécessite un débit d'air de 15m3/s et un flux d'air axial à la turbine, alors qu'un autre dispositif peut nécessiter un débit d'extraction d'air de 2m3/s et un flux d'air vertical au dispositif. Les solutions proposées dans l'état de la technique ne permettent pas d'obtenir un système de ventilation capable de s'adapter à différents débits d'extraction d'air. Le but de l'invention est donc de pallier les inconvénients liés à l'utilisation de tels systèmes de ventilations et de proposer un système et un procédé de ventilation simplifiés capables de s'adapter à différents débits d'extraction d'air, de préserver le fonctionnement silencieux du système de ventilation tout en répondant aux normes environnementales et aux directives européennes. L'invention a donc pour objet un système de ventilation, notamment pour turbine à gaz, comprenant au moins un ventilateur débouchant dans un conduit d'extraction d'air. Ce système comprend au moins un dispositif de variation de la perte de charge dans le conduit d'extraction d'air, comprenant un moyen de régulation du débit d'air dans le conduit d'extraction d'air. Grâce à la présence, dans le système de ventilation, du dispositif de perte de charge et du moyen de régulation du débit d'air dans le conduit d'extraction, il est possible de régler le débit d'air dans le conduit d'extraction en fonction du flux d'air issu du ventilateur. I1 a été, en particulier, constaté qu'il était ainsi possible de conserver un débit d'air constant dans le conduit d'extraction, avec une variation maximale de 10%. Selon une autre caractéristique de ce système de ventilation, le dispositif de variation de perte de charge comprend un moyen de réglage de la direction du flux d'air dans le conduit d'extraction afin d'avoir une répartition optimale de l'air à l'entrée des silencieux. Par exemple, le moyen de régulation du débit d'air comprend un volet monté pivotant sur un coffrage monté sur la paroi du conduit. Un tel volet constitue ainsi un clapet qui ne constitue plus uniquement une perte de charge mais forme un coude dans le conduit d'angle variable permettant de s'adapter au fonctionnement et aux sollicitations du système de ventilation. Selon encore une autre caractéristique, le système comprend un organe d'équilibrage du volet, par exemple un contrepoids. Dans un mode de réalisation, le volet a une forme convexe, à convexité tournée vers l'intérieur du conduit. Le moyen de réglage de la direction du flux d'air peut, en outre, comprendre une butée de réglage de l'ouverture du volet. Avantageusement, cette butée est accessible de l'extérieur du conduit. I1 est ainsi possible de régler aisément l'angle d'ouverture maximale du volet de façon manuelle ou avec un organe automatique de déplacement linéaire ou rotatif. Selon encore une autre caractéristique, le dispositif de variation de la perte de charge dans le conduit d'extraction d'air comprend un contact non ferreux. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre, de manière schématique, la structure d'un système de ventilation selon l'invention ; - la figure 2 représente un dispositif de variation de la perte de charge dans le conduit d'extraction d'air selon l'invention en position fermée ; - la figure 3 représente un dispositif de variation de la perte de charge dans le conduit d'extraction d'air selon l'invention en position ouverte. Sur la figure 1, on a représenté de manière schématique un système de ventilation 1 pour turbine à gaz. Un tel système est destiné à assurer une ventilation de parties fixes de la turbine, telle que le corps ou le stator de la turbine et est à cet effet destiné à être raccordé au contact de la turbine. I1 comprend essentiellement un conduit d'extraction d'air 5 pourvu d'un dispositif 4 d'atténuation de bruit, en l'espèce un silencieux, et un ensemble de ventilateurs 2 et 3, ici au nombre de deux, destinés à injecter de l'air dans le conduit d'extraction 5. Le conduit 5 vient se monter sur le compartiment de la turbine à ventiler et est ainsi utilisé pour assurer le renouvellement de l'air dans le compartiment, la dilution et la détection éventuelle de fuites de gaz, et atténuer les nuisances sonores engendrées par le flux d'air d'extraction dans le conduit 5. Dans le but de régler le débit d'air d'extraction, le système 1 est encore pourvu de dispositifs de variation de perte de charge 6 et 7 disposés dans le trajet du flux d'air d'extraction. Ces dispositifs sont associés chacun à un ventilateur 2, 3 et sont en outre disposés dans le trajet de l'air injecté par les ventilateurs dans le conduit. Les ventilateurs 2 et 3 fonctionnent chacun leur tour. Mais dans le cas où la température dans le compartiment est élevée ou que le débit d'air est trop faible, les deux ventilateurs sont aptes à fonctionner simultanément, de façon à réguler le débit d'air le plus rapidement possible dans le conduit 5 d'extraction d'air. Le dispositif 6 de variation de la perte de charge est associé au ventilateur 2 et le dispositif 7 est associé au ventilateur 3. Les traits en pointillés représentent la position ouverte des dispositifs 6 et 7 de variation de la perte de charge et les traits pleins représentent la position fermée des dispositifs 6 et 7. Le système de ventilation comprend ainsi, de façon non limitative, deux ventilateurs et deux dispositifs de la perte de charge. En effet il pourrait en comprendre qu'un seul, ou à l'inverse en comprendre un nombre supérieur à deux. Sur les figures 2 et 3, on a représenté un dispositif de variation 6 ou 7 de la perte de charge dans le conduit 5 d'extraction d'air en position fermée et en position ouverte, respectivement. Comme on le voit, le dispositif 6 de variation est analogue à un clapet et comprend un moyen de régulation 8 du débit d'air et un moyen 9 de réglage de la direction du flux d'air dans le conduit 5 d'extraction d'air. L'ensemble est monté sur un coffrage 11 venant se fixer sur la sortie du ventilateur. Plus particulièrement, le coffrage 11 a une forme globalement parallélépipédique à base carrée et comporte deux joues d'extrémité lla et llb pour sa fixation sur deux faces mutuellement opposées du conduit 5, dans la zone de fixation d'un ventilateur 2, 3 correspondant. I1 délimite intérieurement un passage 11c par lequel le flux d'air délivré par le ventilateur est injecté dans le conduit 5. En ce qui concerne le moyen de régulation 8 du débit d'air, celui-ci comprend essentiellement un volet 10 monté par une liaison à pivot sur le coffrage 11 de manière à être monté pivotant autour d'un axe A s'étendant transversalement en considérant le flux d'air dans le conduit 5. Le volet 10 adopte une configuration convexe, à convexité tournée vers l'intérieur du conduit 5 et est pourvu de nervures axiales l l e. Le volet 10 est ainsi monté pivotant par rapport au coffrage 11 entre une position fermée, visible sur la figure 2, dans lequel il s'appuie sur un siège lld pratiqué dans le coffrage 11, au même niveau que l'axe A, et une position ouverte, visible sur la figure 3. Comme on le voit sur les figures 2 et 3, l'axe A est situé immédiatement en dessous de la joue lla par laquelle le coffrage 11 vient se monter sur la surface interne du conduit 5. Par ailleurs, l'axe A est prolongé, à l'une de ses extrémités, par un bras 14 comprenant une première branche 14a montée sur l'axe A et une branche 14b s'étendant dans le prolongement du bras 14a et sur laquelle est monté un contrepoids 12. Grâce à cet agencement, en position fermée du volet 10, le contrepoids 12 s'étend sensiblement dans le plan du volet et exerce un effort d'équilibrage à l'encontre du poids du volet 10. Ainsi, en choisissant le contrepoids 12 de manière appropriée, il est possible d'équilibrer le volet 10 de manière qu'il s'ouvre sous l'effet du flux d'air délivré par les ventilateurs et qu'il adopte une position d'équilibre sous l'action des forces du volet, du contrepoids 12, et des efforts exercés sur le volet par le flux d'air issu du ventilateur et du flux d'air d'extraction. Mais on notera que le moyen 9 de réglage de la direction du flux d'air comporte ici une butée de réglage de l'ouverture du volet 10 réalisée sous la forme d'une tige 15 montée sur un support 16 radial s'étendant latéralement à partir de la surface périphérique externe du coffrage 11 de telle sorte que l'extrémité libre de la tige 15 constitue une butée contre laquelle vient s'appuyer la branche 14a du bras 14 en position ouverte du volet 10. Ainsi, grâce à cet agencement, lorsque l'un ou l'autre des ventilateurs 2 ou 3 est actionné, le volet 10 du dispositif 6 ou 7 s'ouvre sous l'effet du flux d'air délivré par le ventilateur et adopte une position d'équilibre dans le conduit 5 sous l'action combinée du flux d'air extrait circulant dans le conduit et le flux d'air délivré par le ventilateur et de manière à créer, dans le conduit 5, un rétrécissement de section utile créant une perte de charge limitant, de la sorte, le débit et permettant ainsi d'obtenir un débit sensiblement constant quelles que soient les options et la configuration choisie. En effet, même lorsque les ventilateurs sont activés, grâce à la perte de charge créée dans le conduit 5, le débit d'air extrait par le conduit 5 est maintenu constant de sorte que le niveau de bruit et l'acoustique ne sont pas dégradés. En outre, grâce à la forme convexe du volet 10, le flux d'air reste guidé dans le conduit 5 en limitant les turbulences. On notera que le dispositif qui vient d'être décrit est particulièrement adapté pour fonctionner à des débits inférieurs à 2m3/s. On notera enfin que dans le but de répondre aux normes environnementales et à la réglementation européenne, le dispositif 6 de variation de la perte de charge dans le conduit 5 d'extraction d'air comprend un contact non ferreux. De cette façon, on réduit le risque d'explosion en présence d'une éventuelle atmosphère explosive. Grâce au système et procédé de ventilation qui vient d'être décrit, le dispositif de variation de la perte de charge permet d'assurer simultanément la régulation du débit d'air et la direction du flux d'air dans le conduit d'extraction d'air, tout en assurant une bonne étanchéité du système et une robustesse mécanique des clapets. On notera également qu'un tel système permet de réduire l'encombrement, de faciliter l'assemblage sur site et de répondre aux normes et réglementations européennes. On notera par ailleurs que, dans l'exemple de réalisation décrit précédemment, le volet 10 est pourvu d'un contrepoids d'équilibrage. I1 serait bien entendu également possible, en variante, de remplacer le contrepoids par tout autre dispositif approprié, tel qu'un ressort. L'emploi d'un contrepoids ou d'un ressort permet, en tout état de cause, un réglage aisé de l'effort de déplacement du volet. En outre, l'usage d'une butée de réglage accessible de l'extérieure du conduit permet de régler aisément la position maximale d'ouverture du volet. REVENDICATIONS1. Système de ventilation (1), notamment pour turbine à gaz, comprenant au moins un ventilateur (2) débouchant dans un conduit (5) d'extraction d'air, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif (6) de variation de la perte de charge dans le conduit (5) d'extraction d'air, comprenant un moyen de régulation (8) du débit d'air dans le conduit (5) d'extraction d'air. 2. Système de ventilation (1) selon la revendication 1, dans lequel le dispositif (6) de variation de perte de charge comprend un moyen (9) de réglage de la direction du flux d'air dans le conduit (5) d'extraction d'air. 3. Système selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel le moyen de régulation (8) du débit d'air comprend un volet (10) monté pivotant sur un coffrage (11) monté sur la paroi du conduit (5). 4. Système selon la revendication 3, comprenant un organe d'équilibrage du volet (10). 5. Système selon la revendication 4, dans lequel l'organe d'équilibrage est un contrepoids. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 3 et 5, dans lequel le volet (10) a une forme convexe, à convexité tournée vers l'intérieur du conduit (5). 7. Système selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le dispositif (6) de variation de perte de charge est un clapet. 8. Système selon l'une des revendications 2 à 7, dans lequel le moyen (9) de réglage de la direction du flux d'air comprend une butée de réglage de l'ouverture du volet (10). 9. Système selon la revendication 8, dans lequel la butée est accessible de l'extérieur du conduit (5). 10. Système selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le dispositif (6) de variation de la perte de charge dans le conduit (5) d'extraction d'air comprend un contact non ferreux.