Brevet FR2967208A1 — publié le 20120511

La présente invention concerne le domaine des groupes turbo-alternateur. Elle vise en particulier les turbines à vapeur mais pourrait être appliquée aux turbines à gaz. De telles turbines sont utilisées dans des installations de production d'électricité, chaque turbine entraînant un alternateur produisant de l'électricité. Il peut s'agir d'installation fonctionnant à partir d'énergie d'origine fossile ou nucléaire. Plus particulièrement, l'invention concerne un ensemble vireur permettant d'entraîner en rotation une ligne d'arbre constituée des rotors de chaque module de la turbine ainsi que celui de l'alternateur. La rotation est obtenue à l'aide d'un moteur auxiliaire capable de vaincre le couple résistant de la ligne d'arbre. Les périodes de virage ont lieu lors des phases précédant ou suivant des périodes de production d'électricité du groupe turbo-alternateur. La rotation de la ligne d'arbre pendant les périodes de démarrage et d'arrêt du groupe est nécessaire en vue d'homogénéiser les températures du rotor et donc d'éviter toute flexion de la ligne d'arbre sous l'effet d'une dissymétrie thermique. L'ensemble vireur permet aussi d'amorcer la rotation de la ligne d'arbre lors d'une phase de démarrage avant l'injection de vapeur dans la turbine. La vitesse de rotation de la ligne d'arbre pendant les phases de virage est faible et constante. Elle varie de quelques tours par minutes à quelques dizaines de tours par minute selon les groupes turbo-alternateur. Selon un ensemble vireur connu, la fonction de virage est réalisée à l'aide d'un moteur électrique entraînant un premier engrenage par l'intermédiaire d'un coupleur hydraulique. Cette première réduction est constituée d'un pignon monté sur l'arbre moteur et d'une roue menée fixée sur un arbre secondaire. Cet arbre secondaire est relié à la ligne d'arbre via un second engrenage dont une roue est fixée sur un embrayage. Cet embrayage permet de désolidariser l'ensemble vireur de la ligne d'arbre. Tous les composants sont à l'intérieur d'un caisson à l'exception du moteur électrique et du coupleur hydraulique. Cette disposition présente un certain nombre d'inconvénients . - la présence de l'embrayage sur la ligne d'arbre rend très complexe les opérations de maintenance de l'ensemble vireur. Le démontage de l'ensemble vireur nécessite le démontage des composants situés entre cet embrayage et la plus proche extrémité de la ligne d'arbre. Cela implique notamment des opérations de réglage longues et complexes lors du remontage de chaque composant. En particulier, la présence de l'embrayage sur la ligne d'arbre ne permet pas de positionner l'ensemble vireur entre 2 rotors de la ligne d'arbre. - l'accouplement flexible entre le coupleur hydraulique et la vis sans fin placé à l'intérieur du caisson est soumis à l'atmosphère causée par les projections d'huile et les vapeurs d'huile. Sa durée de vie est donc fortement diminuée. - l'accessibilité de l'embrayage est très difficile, - l'agencement n'est pas optimal. La présence de l'embrayage sur la ligne d'arbre rallonge nécessairement cette ligne d'arbre. L'encombrement général du groupe turbo-alternateur est donc augmenté. L'objet de la présente invention a donc pour but de palier à ces inconvénients en améliorant l'accessibilité, facilitant la maintenance, réduisant l'encombrement et simplifiant les équipements. L'invention vise un ensemble vireur ainsi qu'un groupe turbo-alternateur tels que définis dans les revendications. L'ensemble vireur selon l'invention est destiné à entraîner en rotation une ligne d'arbre d'un groupe turbo-alternateur présentant un axe de rotation A. L'ensemble vireur comprend une roue principale fixée sur la ligne d'arbre et présentant des cotés latéraux situés de part et d'autre de l'axe de rotation A, un module vireur présentant une pièce support sur laquelle est monté un système d'embrayage permettant d'accoupler et de désaccoupler un arbre secondaire à la roue principale, l'arbre secondaire étant entraîné par un moteur auxiliaire, le module vireur étant positionné sur l'un desdits côtés latéraux de l'axe de rotation. L'agencement des composants se trouve ainsi simplifiée et l'ensemble est plus compact. En particulier, l'encombrement axial de la ligne d'arbre est réduit ce qui permet de réduire l'encombrement axial de la salle des machines et de réduire la taille de la structure porteuse en béton du groupe turbo-alternateur. Les interventions sur le module vireur sont simplifiées car il n'est plus nécessaire d'intervenir sur l'arbre de turbine, mais en retrait par rapport à celui-ci. De plus le module vireur peut être préparé en dehors de l'installation. En outre, grâce à l'invention il est possible de placer l'ensemble vireur à un endroit quelconque de la ligne d'arbre et non nécessairement à l'extrémité de cette ligne d'arbre: ainsi la roue principale peut être placée entre 2 rotors de turbine et l'ensemble vireur peut être disposé à ce même endroit. Selon une autre caractéristique, le système d'embrayage est disposé à un niveau inférieur à celui de l'axe de rotation A de la turbine, ce qui permet d'augmenter la rigidité et la stabilité du support de l'ensemble vireur. En particulier, l'arbre secondaire est alors situé en dessous du plan de joint. Le support est donc beaucoup plus rigide car moins haut. Selon une caractéristique particulière, le système d'embrayage est monté sur l'arbre secondaire porté à rotation sur ladite pièce support. Cette caractéristique permet une construction modulaire du vireur avec une bonne stabilité. Ainsi, l'arbre secondaire ne tourne pas en position débrayée, en particulier lors des périodes de production d'énergie. L'arbre secondaire ne tourne que lors des phases de virage lorsque le moteur tourne. Selon une caractéristique particulière, le système d'embrayage comprend un pignon monté déplaçable le long de l'arbre secondaire, le déplacement du pignon permettant d'accoupler et de désaccoupler ledit moteur à la roue principale via l'arbre secondaire. Cette caractéristique facilite le contrôle visuel de l'embrayage. Par exemple en cas de problème sur l'embrayage, un premier contrôle visuel de l'embrayage est aisé. Selon une autre caractéristique, le module vireur comprend un réducteur entraînant l'arbre secondaire, le réducteur étant monté sur ladite pièce support. Cette caractéristique permet d'obtenir un rapport de réduction approprié tout en conservant la construction modulaire du vireur. Selon une autre caractéristique, le réducteur est un réducteur à roue et vis sans fin dont la roue est montée côte à côte avec le système d'embrayage. Cette construction permet de compléter la construction modulaire du vireur. Selon une caractéristique particulière, le module vireur est monté dans un caisson et la vis sans fin se prolonge par un arbre traversant le caisson. Cette caractéristique permet de reporter le moteur, le coupleur hydraulique et l'accouplement flexible à l'extérieur du caisson. L'arbre de vis sans fin traverse le caisson à travers une cloison démontable. Ceci permet d'installer et de retirer le module vireur d'un seul tenant à l'intérieur du caisson. Selon un mode de réalisation, l'arbre de vis sans fin présente une extrémité située à l'extérieur du caisson, l'extrémité étant accouplée audit moteur via un coupleur hydraulique et un accouplement flexible. L'accouplement flexible à l'extérieur du caisson n'est plus soumis à l'atmosphère corrosive à l'intérieur du caisson. L'invention vise également un groupe turbo-alternateur de production d'électricité comprenant au moins un module de turbine avec une ligne d'arbre associée entraînée par la vapeur, la ligne d'arbre étant susceptible d'être entraîné par l'ensemble vireur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente en perspective un groupe turbo-alternateur de production d'électricité visée par 20 l'invention, la figure 2 représente l'ensemble vireur selon l'invention vu en perspective de dessus, la figure 3 représente l'ensemble vireur selon l'invention en vue de dessus, 25 la figure 4 représente en perspective le module vireur selon l'invention. La figure 1 représente un groupe turbo-alternateur de production d'électricité comprenant un ensemble de modules turbines à vapeur, ici trois modules turbines T1,T2,T3, entraînant un alternateur 3. Ce groupe turbo-alternateur repose sur un bâti structurel 5 rigide, généralement en béton. Dans le cas présent, la puissance produite se situe entre 500 MW et 2000 MW. Les rotors des modules de la turbine entraînent en rotation l'alternateur 3 autour de l'axe A, l'alternateur étant situé à l'arrière du groupe turbo-alternateur. La ligne d'arbre se prolonge vers l'avant, à son extrémité opposée à l'alternateur 3, jusqu'à l'ensemble vireur 2. Cet ensemble vireur 2 permet grâce à un moteur auxiliaire 4 d'entraîner en rotation la ligne d'arbre 1 via un système d'embrayage 6 qui permet de connecter ou déconnecter la ligne d'arbre 1 au moteur 4. Lors de la production d'électricité, la turbine est déconnectée du moteur. Le moteur 4 est de préférence électrique. Selon l'invention, l'ensemble vireur peut aussi être placé entre deux modules de la turbine (T1,T2,T3) ou entre le dernier module de la turbine (ici T3) et l'alternateur 3. Les figures 2 et 3 représentent plus précisément l'ensemble vireur 2. Un module vireur 10 est monté à l'intérieur d'un caisson 7 dont le couvercle (non représenté) a été retiré pour permettre de voir le mécanisme interne. Ce couvercle est fixé au caisson au niveau du plan de joint 36 de ce caisson. Le caisson 7 présente un fond 38 se prolongeant à l'extérieur du caisson, de chaque côté de la ligne d'arbre. Le caisson 7 présente deux parois latérales 32,33 situées de part et d'autre de l'axe de turbine A, d'une paroi arrière 34 et d'une paroi avant 35. En caisson 7 est clos et étanche, fermé Le caisson possède un palier 8 qui l'extrémité de la ligne d'arbre 1. réalisé contre la paroi avant 35 du principale 9 dentée est fixée ici à son extrémité. Grâce fonctionnement le par le couvercle. reçoit à rotation Le palier 8 est caisson. Une roue 1, de sur la ligne d'arbre aux caractéristiques l'invention, la roue 9 peut avantageusement être fixée sur la ligne d'arbre en un endroit différent de son extrémité : de façon intéressante la roue principale 9 pourra être disposée entre deux modules de turbine ou entre le dernier module de turbine et l'alternateur. Situé sur le côté périphérique de cette roue principale 9 se trouve le module vireur 10. Plus précisément, la roue principale 9 définit des cotés latéraux C1,C2 situés de part et d'autre de l'axe de rotation A et le module vireur 10 est positionné sur l'un des côtés latéraux, ici Cl, de l'axe de rotation A. Le module vireur 10 inclut le système d'embrayage 6 qui comprend un pignon 11 denté monté sur un arbre secondaire 12. Le pignon 11 peut être déplacé le long de cet arbre secondaire 12 mais il est solidaire en rotation de l'arbre secondaire 12. Sur les figures 2 et 3, le pignon 11 est représenté désengagé de la roue principale 9 et le module vireur 10 est alors désaccouplé de la ligne d'arbre 1. Un déplacement D permet d'amener le pignon 11 en prise sur la roue principale 9, le module vireur 10 étant alors accouplé à l'arbre de turbine 1. Les dentures de la roue principale 9 et du pignon 11 sont des dentures droites afin de permettre un engagement aisé du pignon sur la roue. L'arbre secondaire 12 est monté à rotation sur deux paliers supérieurs 13,14 situés de part et d'autre du pignon 11. Les deux paliers supérieurs sont montés sur le dessus d'une pièce support 15 qui repose sur des surfaces de réception du caisson 7. L'arbre secondaire 12 peut être mis en rotation grâce à un réducteur à roue 17 et vis sans fin 18 monté sur la pièce support 15. La roue du réducteur 17 est placée à côté du pignon 11 et entre les deux paliers supérieurs 13, 14 de l'arbre secondaire 12. La vis sans fin 18 est disposée sous la roue 17 et se situe donc à un niveau inférieur à celui de l'arbre secondaire 12. Le pignon 11 monté mobile sur l'arbre secondaire constitue le système d'embrayage 6. Le rapport de réduction de l'ensemble vireur 2 est diminué par rapport à celui décrit en relation avec l'art antérieur: on utilisera de préférence un moteur 4 tournant à 750 tours/minute (1500 tours/minute précédemment). Un tel moteur tournant moins vite permet de réduire le rapport de réduction global correspondant au rapport de réduction du réducteur à roue 17 et vis sans fin 18 et au rapport de réduction de la roue 9 et du pignon 11. La vis sans fin 18 se prolonge par un arbre 20 accouplé au moteur 4 via le coupleur hydraulique et l'accouplement flexible entre le coupleur hydraulique et la vis sans fin. Le moteur est fixé sur la semelle 21 du caisson grâce à une pièce intermédiaire 37 supportant le moteur 4. L'arbre 20 de vis sans fin traverse une paroi du caisson. Pour ce faire une ouverture a été pratiquée dans la paroi latérale 32. Cette ouverture s'étend de l'endroit du passage de l'arbre 20 jusqu'au plan de joint 36 du caisson 7. L'ouverture est fermée par une cloison 22 démontable, ici fixée par des vis sur la paroi latérale 32 du caisson 7. Sur la figure 3 on pourra observer la compacité de l'ensemble obtenue en positionnant le système d'embrayage 6 sur un côté de la roue principale 9, entre la cloison latérale 32 et cette roue principale. L'arbre secondaire 12 est disposé sur le coté latéral de l'arbre de turbine 1 et parallèlement à ce dernier. Cette compacité peut encore être augmentée en disposant le système d'embrayage 6 à un niveau inférieur à celui de la ligne d'arbre 1. Sur la figure 2 on peut observer la position relative de l'arbre secondaire 12 par rapport à l'axe de turbine A. L'arbre secondaire 12 est disposé sur le côté latéral et en dessous de l'axe de turbine A. De préférence le module vireur 10 est disposé à un niveau inférieur à celui du plan de joint du caisson 7. En outre, l'arbre moteur 20 est disposé perpendiculairement à l'arbre de turbine 1. Placer l'arbre secondaire 12 sur le côté de la roue 9 permet de gagner en longueur et de réduire la longueur de l'arbre 20 et de minimiser les problèmes dus aux défauts d'alignement. De plus, placer l'arbre secondaire 12 en dessous l'axe de rotation A permet de gagner en largeur. La fixation du module vireur 10 dans le caisson 7 à un niveau d'élévation inférieur à celui de l'axe de rotation A de la ligne d'arbre permet de procurer une grande stabilité au montage qui est alors dispensé de longs pieds de support peu rigides et susceptibles de vibrer. De plus, l'alignement de tous les composants situés sur l'arbre 20 de vis sans fin (moteur 4, coupleur hydraulique 24, vis sans fin 18) est plus stable car le moteur est fixé sur un support plus rigide. La vis sans fin 18 se prolonge par l'arbre 20 qui se projette à l'extérieur du caisson 7. L'arbre 20 se situe à un niveau inférieur à celui de l'arbre secondaire 12. L'axe de rotation commun à l'arbre 20 et à la vis sans fin 18 est horizontal. L'extrémité de l'arbre 20 est accouplée au moteur 4 via coupleur hydraulique 24 et un accouplement flexible 25 tous deux disposés à l'extérieur du caisson 7 afin de les soustraire aux projections d'huile et aux vapeurs d'huile à l'intérieur du caisson. L'accouplement flexible 25 permet de tolérer un léger défaut d'alignement entre le moteur 4 et l'arbre 20. Le coupleur hydraulique 24 permet un démarrage en douceur avec une montée progressive du couple transmis. Le coupleur 24 permet aussi d'atténuer d'éventuelles vibrations en rotation. Il permet aussi de protéger le moteur en cas de blocage de la ligne d'arbre 1 causé par un frottement trop important. L'arbre 20 traverse le caisson à travers la cloison 22. Cette cloison est 11 démontable grâce à des vis ce qui permet d'installer et retirer le module vireur 10 sous la forme du sous-ensemble unitaire représenté figure 4. On remarquera que comme l'arbre secondaire 12 est sur le côté de la ligne d'arbre, l'arbre 20 à l'intérieur du caisson 7 est moins long. Les conséquences d'un mauvais alignement sont donc réduites. On observe que la pièce de base 15 du module vireur 10 présente sur une face inférieure 27 quatre surfaces d'appui S1,S2,S3,S4 qui sont posés sur quatre surfaces de réception R1,R2,R3,R4 sensiblement horizontales réalisées dans le caisson 7. Cette disposition permet un montage ou un démontage aisé du module vireur 10. Ainsi, pour mettre en place le module vireur 10 dans le caisson 7 on procède dans l'ordre suivant: - on commence par placer le module vireur 10 au-dessus de son emplacement dans le caisson, on descend le module vireur 10. Pendant la 20 descente, l'arbre 20 de vis descend dans l'ouverture du caisson, - on pose la pièce de base 15 du module vireur 10 sur les surfaces de réception R1,R2,R3,R4 du caisson 7, 25 - on fait glisser le module vireur 10 vers la ligne d'arbre 1 et on règle la position relative des deux arbres 1, 20 afin d'obtenir un alignement correct entre les dents du pignon 11 et de la roue principale 9, - on fixe le module vireur 10 sur les surfaces de réception R1,R2,R3,R4 du caisson 7 grâce par exemple à des vis de blocage, on enfile la cloison 22 qui présente un 5 orifice sur l'arbre moteur 20, puis on la fixe sur le caisson 7, - on fixe le moteur 4 sur la semelle 21 et on accouple le moteur à l'arbre 20 de vis via le coupleur hydraulique 24 et l'accouplement flexible. 10 Le démontage s'effectue à l'inverse. Afin d'améliorer la précision du déplacement du module vireur 10 lors du réglage les surfaces en contact entre le module vireur et le caisson pourront être réalisées sous forme de patins, de glissières ou équivalent. Les 15 surfaces d'appui S1,S2,S3,S4 sont avantageusement disposées horizontalement afin de faciliter le glissement du module vireur 10 lors du réglage. La pièce intermédiaire 15 présente les surfaces d'appui S1,S2,S3,S4 venant au contact avec les surfaces de 20 réception R1,R2,R3,R4. Les surfaces d'appui sont situées au voisinage des paliers supérieurs 13,14 de l'arbre secondaire 12. La pièce support 15 présente une forme rectangulaire et les surfaces d'appui S1,S2,S3,S4 sont réalisées sur une face inférieure 27 aux quatre 25 coins du rectangle. La pièce support 15 est avantageusement réalisée sous la forme d'une plaque. Cette disposition facilite le montage ainsi que le réglage. Lors du réglage, des cales de réglage pourront être intercalées entre les surfaces d'appui S1,S2,S3,S4 30 de la plaque support 15 et les surfaces de réception du caisson R1,R2,R3,R4. Ces cales permettent de réaliser l'alignement des dentures du pignon 11 et de la roue principale 9 en jouant sur la position verticale du module vireur 10. La figure 4 montre le module vireur 10, la roue 9 n'étant figurée que pour illustrer la position du module 10 par rapport à l'axe de rotation A. Le module vireur 10 est réalisé sous la forme d'un module pré-assemblé réalisé d'un seul tenant. Pour se faire on utilise la pièce support 15 qui porte les différents constituants. On observe que la pièce support se présente sous la forme d'une plaque qui porte à ses extrémités les deux paliers supérieurs 13,14 recevant en rotation l'arbre secondaire 12. L'arbre secondaire porte entre les paliers 13,14 d'une part la roue secondaire 17 montée fixement sur cet arbre et d'autre part le pignon 11 monté mobile en translation sur l'arbre secondaire 12. Le déplacement du pignon 11 pourra être obtenu par tout dispositif approprié. La pièce support 15 reçoit en outre sur une face inférieure deux paliers inférieurs 30,31 supportant à rotation la vis sans fin 18 qui se prolonge par l'arbre 20. La vis sans fin 18 est disposée entre les paliers inférieurs 30,31. La réalisation du module vireur 10 sous forme de module pré-assemblé permet d'effectuer le réglage des composants le constituant (embrayage, positionnement des paliers 13,14,30,31, réglage du réducteur 16) ainsi que les tests de bon fonctionnement en atelier et hors de la ligne de production d'énergie. De ce fait, la procédure de montage du module vireur 10 dans le caisson 7 est considérablement simplifiée car il n'y a plus qu'à régler le positionnement du pignon 11 par rapport à la roue principale 9 et à accoupler le moteur 4, les autres réglages ayant déjà été effectués préalablement. En résumé, lors du montage, les 2 principaux réglages à réaliser sont: - alignement des dentures entre pignon 11 et roue 9 à l'aide de cales ajustables positionnées sous la plaque 15, - alignement du moteur 4 avec l'axe de la vis sans fin 18. REVENDICATIONS1) Ensemble vireur (2) destiné à entraîner en rotation une ligne d'arbre d'un groupe turbo-alternateur (T1,T2,T3,3) présentant un axe de rotation A, l'ensemble vireur comprenant : - une roue principale (9) fixée sur ladite ligne d'arbre (1) et définissant des cotés latéraux (C1,C2) situés de part et d'autre de l'axe de rotation A, un module vireur (10) présentant une pièce support (15) sur laquelle est monté un système d'embrayage (6) permettant d'accoupler et de désaccoupler un arbre secondaire (12) à la roue principale (9), l'arbre secondaire étant entraîné par un moteur auxiliaire (4), - le module vireur (10) étant positionné sur l'un desdits côtés latéraux (Cl) de l'axe de rotation A. 2) Ensemble vireur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le système d'embrayage (6) est disposé à un niveau inférieur à celui de l'axe de rotation A de la ligne d'arbre (1). 3) Ensemble vireur selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le système d'embrayage (6) est monté sur l'arbre secondaire (12) porté à rotation sur ladite pièce support (15). 4) Ensemble vireur selon la revendication 3 caractérisé en ce que le système d'embrayage (6) comprend un pignon (11) monté déplaçable le long del'arbre secondaire (12), le déplacement du pignon (11) permettant d'accoupler et de désaccoupler ledit moteur (4) à la roue principale (9) via l'arbre secondaire (12). 5) Ensemble vireur selon l'une des revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que le module vireur (10) comprend un réducteur (16) entraînant l'arbre secondaire (12), le réducteur (16) étant monté sur ladite pièce support (15). 6) Ensemble vireur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le réducteur est un réducteur à roue (17) et vis sans fin (18) dont la roue (17) est montée côte à côte avec le système d'embrayage (6). 7) Ensemble vireur selon la revendication 6 caractérisé en ce que le module vireur (10) est monté dans un caisson (7) et la vis sans fin (18) se prolonge par un arbre (20) traversant le caisson (7). 8) Ensemble vireur selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'arbre (20) traverse le caisson (7) à travers une cloison (22) démontable. 9) Ensemble vireur selon l'une des revendications 7 ou 8 caractérisé en ce que l'arbre (20) présente une extrémité située à l'extérieur dudit caisson (7), l'extrémité étant accouplée audit moteur (4) via un coupleur hydraulique (24) et un accouplement flexible (25). 10) Groupe turbo-alternateur de production d'électricité comprenant au moins un module de turbine avec une ligne d'arbre (1) associée entraînée par lavapeur, la ligne d'arbre étant susceptible d'être entraîné par l'ensemble vireur selon l'une des revendications 1 à 9.