Brevet FR2980527A1 — publié le 20130329

Carter à extraction basse pression à coque unique pour turbine à vapeur La présente invention concerne les turbines à vapeur et, plus particulièrement, un carter de turbine à structure simplifiée nécessitant moins de visserie interne pour réunir l'une à l'autre les moitiés du carter. Les turbines à vapeur sont des machines servant à produire une énergie mécanique (un mouvement de rotation) à partir de l'énergie sous forme de pression de vapeur. Les turbines à vapeur comportent ordinairement une série d'étages de dimensions différentes. Chaque étage possède une série d'aubes mobiles et fixes. Les aubes mobiles sont fixées au rotor de la turbine tandis que les aubes fixes sont appelées diaphragmes. Chaque diagramme guide la vapeur afin qu'elle passe sur les aubes mobiles dans le but de produire un mouvement de rotation. Afin de porter le rendement de la turbine à son maximum, la vapeur se détend en passant dans la turbine, ce qui crée un travail dans les multiples étages de la turbine. Dans une turbine du type à extraction, de la vapeur est libérée depuis divers étages de la turbine et est utilisée pour les besoins de processus industriels ou est envoyée dans des dispositifs de chauffage d'eau d'alimentation de chaudières afin d'améliorer le rendement global du cycle. Ordinairement, un carter de turbine à extraction est construit, en raison des extractions, sous une configuration à double coque. Pour assurer une surface d'extraction appropriée, les logements du diaphragme sont supportés à l'écart de la structure principale de la coque de la turbine. Cependant, des turbines construites de cette façon posent plusieurs problèmes tels que le poids du carter de la turbine, la longueur du temps nécessaire à la construction du carter et la complexité de la structure du carter. La présente invention concerne la construction simplifiée d'un carter d'une turbine à extraction à l'aide d'une seule coque au lieu d'une configuration classique à double coque. Selon la présente invention, le carter intérieur de la turbine est un carter intérieur étagé au lieu du carter conique et cylindrique utilisé pour les carters à extraction connus. Habituellement, les carters à extraction sont construits en recourant à des configurations à double coque en raison des extractions. Afin d'obtenir la place appropriée pour l'extraction, les logements du diaphragme sont supportés l'extérieur de la structure principale de la coque de la turbine. Selon la présente invention, au lieu de construire une ou plusieurs coques à l'intérieur du carter, on construit des petits logements pour diaphragmes nécessaires de manière à créer une structure plus simple. Le carter à extraction est simplifié grâce au recours à un carter intérieur étagé. L'utilisation du carter intérieur étagé peut également aboutir à une forte diminution de la quantité d'éléments de visserie interne nécessaires pour assembler l'une avec l'autre les deux moitiés du carter, ce qui aboutit à son tour à faciliter l'accès aux organes internes de la turbine. La forme et les dimensions des logements et de la structure de support des diaphragmes sont également modifiées. Les logements pour supporter les diaphragmes entre les multiples étages dans le carter à extraction étagée à une seule coque sont montés directement entre des moulures annulaires de façon à se trouver à l'écart de l'enveloppe de carter. Cela réduit le travail de soudage et la complexité de la fabrication nécessitée par l'installation des logements de support des diaphragmes. Selon un mode de réalisation, l'invention concerne un carter de turbine à une seule coque, avec une structure étagée, comportant une pluralité de moulures annulaires placées sur une longueur axiale du carter de turbine de manière à se trouver entre une pluralité d'étages situés dans le carter de turbine et une enveloppe de carter couvrant le pourtour extérieur de la pluralité de moulures annulaires, les différentes moulures annulaires ayant un diamètre variable de façon à former la structure étagée du carter. Selon un autre mode de réalisation, un carter de turbine à une seule coque avec une structure étagée comporte une pluralité de moulures annulaires placées sur une longueur axiale du carter de turbine de manière à se trouver entre une pluralité d'étages situés dans le carter de turbine, les différentes moulures annulaires ayant un diamètre variable afin de former la structure étagée du carter, une enveloppe de carter couvrant le pourtour extérieur de la pluralité de moulures annulaires, une pluralité de logements de support de diaphragmes s'étendant sur une longueur axiale du carter de turbine, chacun des différents logements de support de diaphragmes étant monté entre une paire correspondante de la pluralité de moulures annulaires et une pluralité de chambres d'extraction de vapeur par l'intermédiaire desquelles de la vapeur est extraite d'un intérieur de la structure étagée du carter de turbine à coque unique, la pluralité de chambres d'extraction de vapeur étant reliée à une pluralité de conduits d'extraction de vapeur auxquels le carter de turbine est relié par une pluralité de zones à conduits de liaison situées en arrière de la pluralité de logements de support de diaphragmes et entre l'enveloppe de carter et une enveloppe intérieure s'étendant entre une partie des différentes moulures annulaires. Selon un autre mode de réalisation, le carter de turbine à une seule coque, avec une structure étagée, comporte une pluralité de moulures annulaires disposées sur une longueur axiale du carter de turbine de manière à se trouver entre une pluralité d'étages situés dans le carter de turbine, la pluralité de moulures annulaires ayant un diamètre variable de manière à former la structure étagée du carter et une enveloppe de carter couvrant le pourtour extérieur des différentes moulures annulaires, le carter étant constitué par une première et une seconde moitiés réunies l'une à l'autre, et le carter de turbine à coque unique, grâce à sa structure étagée, nécessitant, pour réunir l'une à l'autre la première et la seconde moitiés de carter un nombre de boulons inférieur à un nombre de boulons nécessaires pour assembler un carter de turbine à double coque constituée d'une première et d'une seconde moitiés, et dont les dimensions sont comparables à celles du carter de turbine à une seule coque. Les caractéristiques ci-dessus ont d'importantes conséquences sur la conception, la fabrication et le coût d'un carter intérieur à extraction, ce qui aboutit à une diminution du poids, du temps de fabrication et à une simplification de la structure du carter à extraction. L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 A est une vue en élévation en coupe d'un carter à extraction cylindrique continue à double coque selon la technique antérieure, pour une turbine à vapeur basse pression à double flux axial ; - la figure 1B est une vue en coupe en perspective de la moitié inférieure du carter cylindrique à extraction selon la figure 1A ; - la figure 2A est une vue en élévation en coupe d'un carter à extraction étagé à une seule coque pour une turbine à vapeur basse pression à double flux axial construite selon la présente invention ; et - la figure 2B est une vue en perspective en coupe de la moitié inférieure du carter à extraction étagé à coque unique selon la figure 2A. Une turbine basse pression (BP) peut être une machine à simple ou double flux axial. Ordinairement, une turbine BP se trouve à côté d'une turbine haute pression (HP). Dans les turbines BP à double flux axial, de la vapeur entre au centre de la turbine depuis un conduit d'intercommunication et s'écoule dans deux directions opposées sur les aubages de réaction. La vapeur s'écoule parallèlement au rotor de la turbine et s'échappe dans un condenseur principal. Tel qu'illustré sur les figures 1 A et 1B, le carter 10 à extraction possède une moitié supérieure 11 et une moitié inférieure 13 qui sont fixées l'une à l'autre le long d'un joint horizontal 17 par une pluralité de boulons (non représentés), de manière à créer un contact métal-métal hermétique. Le long du joint horizontal 17 s'étendent une pluralité de logements 19 de support de diaphragmes servant à supporter les diaphragmes (non représentés) entre les multiples étages 15 présents dans le carter 10. Le carter 10 comporte un conduit d'entrée de forme conique 22 par lequel de la vapeur issue d'un conduit d'intercommunication (non représenté) entre au centre du carter 10 de turbine et s'écoule dans deux directions opposées sur les aubages de réaction. Ce conduit d'intercommunication est relié au conduit d'entrée 22 au niveau d'une bague d'intercommunication d'entrée 21. Dans une turbine du type à extraction, de la vapeur est relâchée depuis divers étages de la turbine et est utilisée pour les besoins de processus industriels ou est envoyée dans des dispositifs de chauffage d'eau d'alimentation de chaudières afin d'améliorer le rendement global du cycle. Ordinairement, un carter à extraction est construit avec une configuration à double coque en raison des extractions. Ainsi, le carter 10 comporte une coque extérieure continue de forme cylindrique 12 avec une pluralité de moulures annulaires 16 de forme circonférentielle et une coque intérieure étagée 14 avec une pluralité de moulures annulaires 20 à forme circonférentielle. Pour assurer l'espace nécessaire aux extractions, les logements 19 de support de diaphragmes sont supportés à l'écart de la structure principale de la coque 12. Le carter 10 est également relié à une pluralité de conduits 24 d'extraction de vapeur par l'intermédiaire desquels de la vapeur est extraite du carter10. Les moulures annulaires 20 sont reliées les unes aux autres par des nervures continues internes 18 qui s'étendent de manière axiale. Les nervures internes 18 ont une forme circonférentielle. Les nervures internes continues 18 à extension axiale qui relient les unes aux autres les moulures annulaires 20 dans le carter de la turbine servent à limiter les déformations axiales et les contraintes mécaniques susceptibles de survenir dans le carter 10. Cependant, plusieurs problèmes posés par des turbines du type à construction représentée sur les figures lA et 1B, résident dans le poids du carter de la turbine, la longueur du temps nécessaire à la construction du carter et la complexité de la structure du carter. Par exemple, un carter de turbine du type représenté sur les figures lA et 1B nécessite beaucoup de pièces de visserie interne pour réunir l'une à l'autre les moitiés 11 et 13 du carter. La figure 2A est une vue en coupe en élévation d'un carter à extraction étagée 30 à coque unique pour turbine à vapeur à double flux axial telle qu'une turbine à vapeur BP. Le carter 30 comprend une moitié supérieure 31 et une moitié inférieure 33, lesquelles sont fixées l'une à l'autre au niveau d'un joint horizontal 35 par une pluralité de boulons (non représentés) afin de créer un assemblage métal-métal hermétique. La figure 2B est une vue en coupe en perspective de la moitié inférieure 33 du carter 30 représentée sur la figure 2A. Le carter à extraction étagée 30 à coque unique représenté sur les figures 2A et 2B ne comporte pas les nervures continues internes 18 à extension axiale utilisées avec le carter 10 représenté sur les figures 1 A et 1B. Le nombre de boulons nécessaires pour réunir l'une à l'autre la moitié supérieure 31 et la moitié inférieure 33 du carter 10 et le joint horizontal d'étanchéité 35 est réduit du fait de la structure étagée du carter 30. Cette réduction du nombre de boulons nécessaires apparaît très clairement en comparant la vue en perspective en coupe de la moitié inférieure du carter à extraction étagée 30 à coque unique représenté sur la figure 2B avec la vue en perspective en coupe de la moitié inférieure du carter cylindrique à extraction selon la technique antérieure représentée sur la figure 1B. Le carter à extraction 30 à coque unique comporte une coque étagée 34 constituée d'une pluralité de moulures annulaires 36 de forme circonférentielle placées entre les étages 44 de la turbine situés sur la longueur axiale du carter 30. Les différentes moulures annulaires 36 de forme circonférentielle ont un diamètre variable de façon à former une coque étagée 34 ayant une forme conique double, les circonférences les plus petites étant au centre de la longueur axiale du carter 30. Le pourtour extérieur des moulures annulaires 36 est couvert par une enveloppe 32 de carter. La coque étagée 34 est conçue pour avoir une construction plus simple que la configuration à double coque du carter 10 de turbine selon la technique antérieure représentée sur les figures 1 A et 1B, qui comprend la coque extérieure continue à forme cylindrique 12 et la coque intérieure étagée 14. Le carter 30 comporte un conduit d'entrée 39 de forme conique par lequel de la vapeur issue d'un conduit d'intercommunication (non représenté) pénètre au centre du carter 30 de turbine et passe dans deux directions opposées sur les aubages de réaction. Le conduit d'intercommunication est relié au conduit d'entrée 39 au niveau d'une bague d'intercommunication d'entrée 38. Le conduit d'entrée 39 est entouré par une collerette d'entrée 49. Au centre du conduit d'entrée 39 se trouve une plaque de raidissement 41. Les carters à extraction de turbines possèdent ordinairement une configuration à double coque en raison de la fonction d'extraction de vapeur qu'ils assurent. Cependant, au lieu de construire une ou plusieurs coques à l'intérieur d'un carter de turbine, dans le carter 30 représenté sur les figures 2A et 2B, de petits logements 37 de diaphragmes servant à supporter les diaphragmes (non représentés) sont, si nécessaire, construits entre les multiples étages 44 dans le carter 30, avec une structure plus simple le long du carter 30. Comme on peut le voir sur les figures 2A et 2B, une pluralité de logements 37 de support de diaphragmes s'étendent le long du joint horizontal 35 du carter, et donc sur la longueur axiale du carter 30. Pour assurer la place nécessaire à l'extraction de vapeur pour une application particulière, les logements 37 de support de diaphragmes sont supportés à l'écart de la structure principale de la coque 34. Autrement dit, les logements 37 de support de diaphragmes sont montés directement entre les moulures annulaires 36 de façon à être à l'écart de l'enveloppe 32 du carter. Cet agencement réduit le travail de soudage et la complexité de la fabrication nécessités par l'installation des logements 37 de support de diaphragmes. Comme on peut le voir sur les figures 2A et 2B, le carter 30 est également relié à une pluralité de conduits 40 d'extraction de vapeur. De la vapeur est extraite de la coque étagée 34 via les chambres d'extraction 43, après quoi elle passe dans des zones 45 de conduits en arrière des logements 37 de support de diaphragmes et entre l'enveloppe extérieure 32 du carter et une enveloppe intérieure 42 s'étendant entre certaines des moulures annulaires 36. La vapeur présente dans les zones 45 de conduits sort du carter 30 par des ouvertures 46 de l'enveloppe 32 du carter et entre dans des conduits 40 d'extraction de vapeur. De la vapeur est également extraite par des ouvertures supplémentaires 47 présentes dans l'enveloppe 32 du carter. Listes des repères 10 Carter cylindrique continu à extraction à double coque 11 Moitié supérieure du carter à extraction 12 Coque extérieure continue de forme cylindrique 13 Moitié inférieure du carter à extraction 14 Coque intérieure étagée 15 Multiples étages du carter de turbine 16 Moulures annulaires de forme circonférentielle de la coque extérieure 17 Joint horizontal du carter à extraction 18 Nervures internes continues 19 Logements de support de diaphragmes 20 Moulures annulaires de forme circonférentielle de la coque intérieure 21 Bague d'intercommunication d'entrée 22 Conduit d'entrée de forme conique 24 Conduits d'extraction de vapeur 30 Carter étagé à extraction à une seule coque 31 Moitié supérieure du carter à extraction 32 Enveloppe du carter étagé à extraction 33 Moitié inférieure du carter à extraction 34 Coque étagée du carter à extraction 35 Joint horizontal 36 Moulures annulaires de forme circonférentielle 37 Logements de support de diaphragmes 38 Bague d'intercommunication d'entrée 39 Conduit d'entrée 40 Conduits d'extraction de vapeur Plaque de raidissement 42 Enveloppe intérieure 43 Chambres d'extraction 44 Etages de la turbine 45 Zones de conduits 46 Ouvertures 49 Collerette d'entrée 11 REVENDICATIONS1. Carter (30) de turbine à coque unique à structure étagée (34), le carter (30) de turbine comportant : une pluralité de moulures annulaires (36) placées sur une longueur axiale du carter (30) de turbine de façon à se trouver entre une pluralité d'étages (44) situés dans le carter (30) de turbine, et une enveloppe (32) de carter couvrant le pourtour extérieur des différentes moulures annulaires (36), les différentes moulures annulaires (36) ayant un diamètre variable de manière à former la structure étagée (34) du carter(30). 2. Carter de turbine selon la revendication 1, comportant en outre une pluralité de logements (37) de support de diaphragmes s'étendant sur une longueur axiale du carter (30) de turbine. 3. Carter (30) de turbine selon la revendication 2, comprenant une première et une seconde moitiés (31, 33) réunies l'une à l'autre le long d'un joint (35) s'étendant sur la longueur axiale du carter (30) de turbine, et la pluralité de logements (37) de support de diaphragmes s'étendant le long du joint (35) entre les première et seconde moitiés (31, 33). 4. Carter (30) de turbine selon la revendication 2, dans lequel chacun des différents logements (37) de support de diaphragmes est monté entre les moulures d'une paire correspondante de la pluralité de moulures annulaires (36). 5. Carter (30) de turbine selon la revendication 2, dans lequel chacun des différents logements (37) de support de diaphragmes est monté entre les moulures d'une paire correspondante de la pluralité de moulures annulaires (36) afin d'être monté à l'écart de l'enveloppe (32) du carter (30). 6. Carter de turbine selon la revendication 2, comportant en outre une pluralité de conduits (40) d'extraction de vapeur auxquels est relié le carter (30) de turbine et par l'intermédiaire desquels de la vapeur est extraite du carter (30) de turbine. 7. Carter (30) de turbine selon la revendication 1, comprenant une première et une seconde moitiés (31, 33) ; le carter (30) de turbine à coque unique, du fait de sa structure étagée (34), nécessitant, pour réunir l'une à l'autre la première et la seconde moitiés (31, 33) du carter, un nombre de boulons inférieur à un nombre de boulons nécessaires pour assembler un carter (10) de turbine à double coque constitué d'une première et d'une seconde moitiés (11, 13) et dont les dimensions sont comparables à celles du carter (30) de turbine à coque unique. 8. Carter (30) de turbine selon la revendication 6, comportant en outre une pluralité de chambres (43) d'extraction de vapeur à l'aide desquelles de la vapeur est extraite d'un intérieur de la structure étagée (34) du carter de turbine à coque unique. 9. Carter (30) de turbine selon la revendication 8, comportant en outre une pluralité de zones (45) de conduits reliant les différentes chambres (43) d'extraction de vapeur à au moins une partie de la pluralité de conduits (40) d'extraction de vapeur. 10. Carter (30) de turbine selon la revendication 9, dans lequel les différentes zones (45) de conduits de liaison sont situées en arrière de la pluralité de logements (37) de support de diaphragmes et entre l'enveloppe (32) du carter (30) et une enveloppe intérieure (42) s'étendant entre une partie de la pluralité de moulures annulaires (36).