Brevet FR2968706A1 — publié le 20120615

CIRCUIT D'ALIMENTATION EN VAPEUR D'UNE TURBINE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] Le domaine technique de l'invention est celui des turbines entrainant un alternateur et comportant un circuit d'alimentation en vapeur. La source de chaleur d'un générateur de vapeur peut être indépendamment nucléaire ou fossile. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002] La problématique de l'alimentation en vapeur d'une turbine entrainant un alternateur d'un ensemble fonctionnel de turbines pouvant être indépendamment alimentée par une source nucléaire ou fossile connaît déjà plusieurs dispositifs, notamment celui de la mise en place d'un collecteur entre des lignes principales de vapeur et des lignes d'admission de vapeur à la turbine. [0003] En effet, une installation de production d'électricité comporte une turbine alimentée en vapeur par un ou des générateur(s) de vapeur. On définira par la suite les lignes principales de vapeur comme étant les lignes au départ du ou des générateur(s) de vapeur vers la turbine et les lignes d'admission comme étant les lignes convoyant la vapeur depuis ces lignes de vapeur principales aux orifices d'admission de la turbine et comportant les organes d'admission de la turbine, la jonction entre les lignes se faisant en général par un collecteur. [0004] Ainsi, dans des configurations connues, dont plusieurs variantes connues sont représentées sur les figures 1, 2 et 3, des lignes principales de vapeur 130 alimentent des lignes d'admission 140 de vapeur à la turbine 120 par l'intermédiaire d'un collecteur 110 placé souvent orthogonalement aux lignes respectivement de vapeur principales 130 et d'admission 140. Les lignes principales de vapeur 130 sont situées en amont du collecteur 110 tandis que les lignes d'admission 140 de vapeur à la turbine 120 sont situées en aval dudit collecteur 110. [0005] Des tels dispositifs ont notamment l'inconvénient d'entraîner des pertes de charges importantes. En effet, dans ce type de dispositif, le fluide en circulant dans les lignes et passant par un collecteur est soumis à des frottements plus importants du fait d'un circuit d'alimentation plus long et comportant de nombreux changements de direction et singularités. Les pertes de charges se traduisent par une dégradation du rendement de l'installation et au final par une réduction de la puissance électrique disponible. EXPOSE DE L'INVENTION [0006] L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, en particulier au problème de circulation de vapeur pour l'alimentation d'une turbine entrainant un alternateur. Elle vise notamment à proposer un circuit d'alimentation en vapeur optimisé d'une turbine entrainant un alternateur permettant d'augmenter le rendement d'une telle turbine, l'ensemble fonctionnel de turbines pouvant être indépendamment alimenté de source nucléaire ou fossile. [0007] Pour ce faire est proposé selon un premier aspect un circuit d'alimentation en vapeur d'une turbine, comportant n lignes principales de vapeur et n' lignes d'admission de vapeur à la turbine, le nombre n' de lignes d'admission de vapeur à la turbine étant strictement supérieur au nombre n de lignes principales de vapeur, caractérisé en ce qu'il comporte n lignes d'admission directes de vapeur à la turbine reliant les n liaisons des lignes principales de vapeur directement aux lignes d'admission de vapeur à la turbine. [0008] En d'autres termes, selon une première caractéristique, le circuit d'alimentation en vapeur d'une turbine entrainant un alternateur, comporte au moins autant de lignes d'admission directes de vapeur à la turbine que de lignes principales de vapeur. [0009] L'avantage de cette configuration est de s'affranchir au moins en partie du collecteur, de réduire les coudes associés et de diminuer les pertes de pression par frottement et les pertes de charges. [0010] En outre, selon une seconde caractéristique, chaque ligne d'admission comporte une soupape de réglage, la liaison directe s'étendant jusqu'à ladite soupape. Cette soupape a pour fonction de réguler le flux de vapeur d'entrée dans la turbine. Cette soupape peut être aussi remplacée par un ensemble de vannes et/ou soupapes en série [0011] Avantageusement, la ligne d'admission directe présente une section apte à convoyer la vapeur avec un débit constant jusqu'à l'admission aux soupapes. [0012] Le nombre n' de lignes d'admission de vapeur à la turbine étant strictement supérieur au nombre n de lignes principales de vapeur, et le dispositif comportant au moins autant de lignes d'admission directes de vapeur à la turbine que de lignes principales de vapeur, c'est-à-dire n lignes d'admission directes, il en résulte un nombre n'-n, strictement positif, de lignes d'admission non liées directement aux lignes principales de vapeur, appelées les lignes d'admissions indirectes. [0013] Selon une caractéristique particulière, ces lignes d'admission indirectes sont alimentées indirectement par au moins une des n lignes d'admission directes au moyen d'au moins une ligne dérivée de vapeur par un piquage sur ladite ligne d'admission directe. Ce piquage permet de s'affranchir de l'utilisation d'un collecteur principal pour optimiser les pertes de charge. [0014] Ces piquages sont des singularités entraînant à fortiori des pertes par laminage et des pertes de charges, néanmoins ces pertes n'affectent qu'une fraction du débit d'admission et ont un impact moindre comparativement à l'utilisation d'un collecteur principal pour alimenter toutes les lignes d'admission. De plus, la ligne d'admission indirecte alimentée par la ligne dérivée sera utilement choisie et configurée pour atténuer l'augmentation des pertes de charges [0015] En outre, de façon avantageuse, au moins une ligne dérivée de vapeur est reliée à au moins une ligne d'alimentation permettant l'alimentation en vapeur d'un dispositif autre que la turbine, que cet usage soit permanent ou intermittent. Ces autres utilisateurs peuvent être, par exemple, des contournements de la turbine, des surchauffeurs à vapeur ou divers auxiliaires. Pour certains de ces utilisateurs, les pertes de charges supplémentaires n'ont aucun impact sur les performances de l'installation. [0016] Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, n est compris entre 2 et 6, et n' est compris entre 3 et 8. [0017] En particulier, 2 modes de réalisation de l'invention apparaissent avantageux : -n'=n+l : avantageusement dans cette configuration particulière, la ligne d'admission indirecte est alimentée par exactement n lignes dérivées de vapeur en piquage sur les n lignes respectives d'admission directes de vapeur à la turbine. -n'=n+2: avantageusement dans cette configuration particulière, chacune des deux lignes d'admission indirectes est alimentée par des lignes dérivées de vapeur en piquage sur tout ou partie des n lignes respectives d'admission directes de vapeur à la turbine. [0018] Le cas où n'=n+1 semble être le cas offrant le moins de pertes par laminage ou de perte de charge. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0019] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : la figure 1, un schéma d'un circuit d'alimentation en vapeur d'une turbine selon un mode de réalisation connu de l'art antérieur avec n'=n+1=4 ; la figure 2, un schéma d'un circuit d'alimentation en vapeur d'une turbine selon un mode de réalisation connu de l'art antérieur avec n'=n+1=3 ; la figure 3, un schéma d'un circuit d'alimentation en vapeur d'une turbine selon un mode de réalisation connu de l'art antérieur avec n'=n+2=4 ; la figure 4, un schéma d'un circuit d'alimentation en vapeur d'une turbine selon un mode de réalisation ici proposé avec n'=n+1=4 ; la figure 5, un schéma d'un circuit d'alimentation en vapeur d'une turbine selon un mode de réalisation ici proposé avec n'=n+1=3 ; la figure 6, un schéma d'un circuit d'alimentation en vapeur d'une turbine selon un mode de réalisation ici proposé avec n'=n+2=4 ; la figure 7, un schéma général d'un cycle de vapeur dans une installation de production d'électricité comprenant une turbine alimentée en vapeur depuis un générateur de vapeur par un circuit d'alimentation selon un mode de réalisation. [0020] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION [0021] La figure 4 montre un schéma d'un circuit d'alimentation 1 en vapeur d'une turbine 2 entrainant un alternateur selon un mode de réalisation avec n'=n+1=4. En outre, l'ensemble fonctionnel de la turbine 2 en question est ici de source nucléaire. En effet, dans ce mode de réalisation de l'invention le nombre n' de lignes d'admission de vapeur 4 à la turbine 2 est égal à quatre et le nombre n de lignes principales de vapeur 3 est égal à trois. Plus précisément, les trois lignes principales de vapeur 3 sont reliées directement à trois des quatre lignes d'admission 4. Le circuit d'alimentation 1 en vapeur à la turbine 2 comporte donc trois lignes d'admission directes 5. [0022] La ligne d'admission non reliée directement à une ligne principale de vapeur 3 est reliée indirectement auxdites lignes principales de vapeur 3 par l'intermédiaire de trois lignes dérivées de vapeur 8, chacune en piquage 9 sur une de ces trois lignes d'admission directes 5, cette ligne est la ligne d'admission indirecte 7 alimentée par lesdites trois lignes directes 5. [0023] Une ligne d'alimentation 10 dirigée vers d'autres utilisateurs en vapeur est piquée également sur la ligne d'admission indirecte 7. [0024] Pour plus de clarté des figures, les flèches fines et parallèles aux lignes de circulation de la vapeur indiquent le sens de circulation de la vapeur dans lesdites lignes. [0025] La figure 5 montre un schéma d'un circuit d'alimentation 1 en vapeur d'une turbine 2 entrainant un alternateur selon un mode de réalisation de l'invention avec n'=n+1=3. En effet, dans le mode de réalisation de l'invention le nombre n' de lignes d'admission 4 de vapeur à la turbine 2 est égal à trois et le nombre n de lignes principales de vapeur 3 est égal à deux. Dans cette configuration dans laquelle n'=n+l, les caractéristiques sont similaires au cas n'=n+1=4 (figure 4). [0026] La figure 6, montre un schéma d'un circuit d'alimentation 1 en vapeur d'une turbine 2 entrainant un alternateur selon un mode de réalisation avec n'=n+2=4. En outre, l'ensemble fonctionnel de la turbine 2 en question est ici de source fossile. Ainsi, dans ce mode de réalisation, le nombre n' de lignes d'admission 4 de vapeur à la turbine est égal à quatre et le nombre n de lignes principales de vapeur 3 est égal à deux. Dans cette configuration on a toujours autant de lignes d'admission directes 5 de vapeur à la turbine 2 que de lignes principales de vapeur 3, c'est-à-dire deux. En outre, les deux autres lignes d'admissions sont donc indirectes, appelées lignes d'admission indirectes 7, et alimentées par piquage 9 sur une ligne d'admission directe 5 au moyen d'une ligne dérivée 8 de vapeur. Ces deux lignes d'admission indirectes comportent également chacune une ligne d'alimentation dirigée vers d'autres utilisateurs. [0027] La figure 7 montre un schéma général d'un cycle de vapeur 11 dans une installation de production d'électricité comprenant une turbine 2 alimentée en vapeur depuis un générateur de vapeur 12 par un circuit d'alimentation 1 selon un mode de réalisation. Plus précisément, un générateur de vapeur 12 délivre de la vapeur haute pression à une turbine 2 par l'intermédiaire d'un circuit d'alimentation 1 en vapeur principale, le flux de vapeur d'admission à la turbine 2 étant régulé par l'intermédiaire de soupapes 6 d'admission. La vapeur sous pression parcourant la turbine 2, entraine un alternateur 13 apte à produire de l'électricité. En sortie de la turbine 2, la vapeur détendue est condensée dans un condenseur 14 couplé à un dissipateur thermique 15. Une ou plusieurs pompes alimentent le générateur de vapeur 12 en eau condensée extraite du condenseur 14 au travers des conduites 16, ces conduites 16 pouvant notamment comporter un ou plusieurs réchauffeurs et/ou dégazeurs non représentés sur cette figure. [0028] De nombreuses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits précédemment sans sortir du cadre de l'invention. [0029] Ainsi, les formes générales des conduites ne sont représentées que dans un but illustratif. [0030] En outre, l'angle des différents piquages peut ne pas être toujours à angle droit. [0031] De plus, le nombre de lignes d'alimentation dirigées vers d'autres utilisateurs en vapeur piquées sur la ligne d'admission indirecte peut être variable. [0032] Enfin, l'invention ne suppose pas que les débits dans chacune des soupapes de la configuration initiale soient égaux ni que les sections des tuyauteries associées soient égales. REVENDICATIONS1 Circuit d'alimentation (1) en vapeur d'une turbine (2), comportant n lignes principales de vapeur (3) et n' lignes d'admission de vapeur (4) à la turbine, le nombre n' de lignes d'admission de vapeur (4) à la turbine étant strictement supérieur au nombre n de lignes principales de vapeur (3), caractérisé en ce qu'il comporte n lignes d'admission directes (5) de vapeur à la turbine reliant les n liaisons des lignes principales de vapeur (3) directement aux lignes d'admission de vapeur (4) à la turbine. 2. Circuit d'alimentation en vapeur d'une turbine selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque ligne d'admission (4) comporte une soupape (6) et en ce que chaque liaison directe (5) s'étend jusqu'à ladite soupape (6). 3. Circuit d'alimentation en vapeur d'une turbine selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque ligne d'admission directe (5) présente une section apte à convoyer la vapeur avec un débit constant jusqu'à l'admission aux soupapes (6). 4. Circuit d'alimentation en vapeur d'une turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les n'-n lignes d'admission non liées directement aux lignes principales de vapeur (3), et définissant ainsi les lignes d'admissions indirectes (7), sont alimentées indirectement par au moins une des n lignes d'admission directe (5) au moyen d'au moins une ligne dérivée (8) de vapeur par un piquage (9) sur ladite ligne d'admission directe (5). 5. Circuit d'alimentation en vapeur d'une turbine selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' au moins une ligne dérivée (8) de vapeur est reliée à au moins une ligne d'alimentation (10) permettant l'alimentation en vapeur d'un dispositif autre que la turbine. 6. Circuit d'alimentation en vapeur d'une turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que n est compris entre 2 et 6 et/ou n' est compris entre 3 et 8 7. Circuit d'alimentation en vapeur d'une turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que n'=n+l. 8. Circuit d'alimentation en vapeur d'une turbine selon la revendication 4 ou selon la revendication 4 et l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la ligne d'admission indirecte (7) est alimentée par n lignes dérivées (8) de vapeur en piquage sur les n lignes respectives d'admission directes (5) de vapeur à la turbine. 9. Circuit d'alimentation en vapeur d'une turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que n'=n+2. 10. Ensemble comprenant une turbine alimentée en vapeur depuis un ou des générateur(s) de vapeur par le circuit (1) selon l'une des revendications précédentes.