Brevet FR2985285A1 — publié le 20130705

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 dispositif d'actionnement en rotation d'une ligne d'arbre de turbine. La ligne d'arbre comprend les rotors de chaque module de turbine ainsi que celui de l'alternateur. La mise en rotation de la ligne d'arbre aussi appelée virage est généralement obtenue à l'aide d'un moteur électrique capable de vaincre le couple résistant de la ligne d'arbre. Le moteur électrique entraîne un réducteur qui actionne la ligne d'arbre. Le maintien en 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. Le moteur électrique 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 ces phases est faible et constante. Elle varie de quelques tours par minutes à quelques dizaines de tours par minute selon les groupes turbo-alternateur. Cependant, un vireur à commande par moteur électrique ne permet pas d'obtenir de très faible vitesse de rotation ni d'obtenir des déplacements angulaires de faible amplitude de la ligne d'arbre qui sont nécessaires lors des opérations de maintenance. L'objet de la présente invention a donc pour but de pallier à ces inconvénients en proposant un dispositif d'actionnement d'une ligne d'arbre de turbine ainsi qu'un groupe turbo-alternateur. Selon une première caractéristique, le dispositif d'actionnement en rotation de la ligne d'arbre de turbine comprend un vireur principal à commande électrique et un vireur auxiliaire à commande hydraulique. Le vireur auxiliaire permet d'obtenir des déplacements angulaires de la ligne d'arbre contrôlés et de faibles amplitudes. Le vireur auxiliaire présente l'avantage qu'on peut ainsi disposer d'un vireur de secours en cas de défaillance du vireur principal. Il permet par ailleurs de vaincre l'inertie de la ligne d'arbre et de décoller celle-ci des paliers. De plus il est possible de placer le vireur auxiliaire à un endroit quelconque de la ligne d'arbre ce qui autorise une grande souplesse pour l'agencement de l'installation. Selon une caractéristique particulière, le vireur 25 auxiliaire est commandé par la tige d'un vérin hydraulique à double effet. Cette caractéristique permet de commander précisément la rotation de la ligne d'arbre. Selon une autre caractéristique, le vireur auxiliaire comprend une roue solidaire de la ligne d'arbre et un organe de commande relié à la tige du vérin, l'organe de commande étant susceptible d'engager 5 des moyens d'entraînement agencés à la périphérie de la roue et étant déplaçable entre une position rétractée dégagée de la roue et une position d'engagement avec un des moyens d'entraînement dans laquelle un mouvement de sortie de la tige du vérin commande la rotation de la 10 roue. Est également concerné un groupe turboalternateur de production d'électricité comprenant un dispositif d'actionnement ayant tout ou partie des caractéristiques précitées. 15 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent à titre d'exemple: - la figure 1 représente en perspective un 20 groupe turbo-alternateur de production d'électricité selon l'invention, -la figure 2 représente le vireur auxiliaire selon l'invention, -la figure 3a représente l'actionneur du vireur 25 auxiliaire selon la coupe IIIa de la figure 3b, -la figure 3b représente l'actionneur du vireur auxiliaire en vue de dessus, -la figure 4 représente l'actionneur en perspective et en éclaté, -les figures 5a,5b,5c représentent l'actionneur dans différentes positions, - et la figure 6 schématise un circuit d'huile 5 sous haute pression alimentant des paliers d'une ligne d'arbre. La figure 1 représente un groupe turboalternateur de production d'électricité comprenant un ensemble de modules turbines à vapeur, ici trois 10 modules turbines T1,T2,T3, entraînant un alternateur 3. Ce groupe turbo-alternateur repose sur un bâti structurel 4 rigide, généralement en béton. Les rotors des modules de la turbine entraînent en rotation l'alternateur 3 autour de l'axe A, l'alternateur étant 15 situé à l'arrière du groupe turbo-alternateur. La ligne d'arbre 1 se prolonge vers l'avant, à son extrémité opposée à l'alternateur 3, jusqu'à un caisson comprenant un dispositif d'actionnement constitué d'une part d'un vireur principal et d'autre part d'un vireur 20 auxiliaire. Le vireur principal à commande électrique est actionné par un moteur électrique permettant d'entraîner en rotation la ligne d'arbre 1 via un système d'embrayage. Le vireur auxiliaire 5 illustré à la figure 2 possède une commande hydraulique par un 25 vérin 6. Le vireur auxiliaire permet de faire tourner la ligne d'arbre de faibles portions d'angle et de positionner précisément la ligne d'arbre lors d'opérations de maintenance. Il permet aussi de faire tourner la ligne d'arbre à une vitesse constante de 30 quelques tours par heure. Le vireur auxiliaire peut servir de vireur de secours en cas de défaillance du vireur principal, et ce particulièrement dans le cas de la mise en virage pour la phase d'arrêt. De préférence, le vireur auxiliaire réalisera une rotation discontinue. Une rotation pas à pas sera alors préférée. Son angle sera d'environ 5 à 10 degrés. Sa vitesse de rotation sera favorablement comprise entre 1 à 10 tours/heure. Quant au vireur principal, sa rotation sera de 10 préférence continue. Sa vitesse de rotation sera favorablement comprise entre 1 à 100 tours/min. Favorablement, la vitesse de rotation du vireur principal sera supérieure à celle du vireur auxiliaire. La vitesse du vireur auxiliaire sera ainsi pour 15 permettre les opérations de maintenance et en particulier pouvoir alors faire tourner le rotor d'un angle voulu. Lors de la production d'électricité, la ligne d'arbre est déconnectée du vireur principal et du 20 vireur auxiliaire. Tant le vireur principal que le vireur auxiliaire peuvent être placés entre deux modules de turbine (T1,T2,T3) ou entre le dernier module de turbine (T3) et l'alternateur 3. Le vireur auxiliaire 5 (figure 2) est commandé 25 par la tige 61 du vérin hydraulique 6 qui est un vérin à double effet. Le vireur auxiliaire comprend une roue 10 solidaire de la ligne d'arbre 1 et un organe de commande 8 relié à la tige 61 du vérin 6. L'organe de commande 8 est susceptible d'engager des moyens d'entraînement 11 agencés à la périphérie de la roue. Chaque moyen d'entraînement 11 présente une partie creuse 110 adaptée à recevoir une forme complémentaire 19 de l'organe de commande 8. La partie creuse 110 et la forme 19 ont des formes cylindriques complémentaires afin d'assurer un bon engrènement. L'organe de commande 8 est relié par une articulation 9 à la tige 61 du vérin 6. Grâce au vérin 6, l'organe de commande 8 est déplaçable entre une position rétractée dégagée de la roue 10 (figures 2 et 5a) et une position d'engagement avec les moyens d'entraînement 11 (figure 5b). Dans la position d'engagement, le mouvement de sortie de la tige 61 du vérin 6 commande la rotation de la roue 10 et par conséquent de la ligne d'arbre 1. L'amplitude de la rotation est commandée avec précision par le déplacement de la tige de vérin 61. Le corps du vérin 62 est fixé sur une plaque support 12 elle-même fixée sur une pièce 14. L'ensemble est fixé sur la pièce 13 reliée rigidement au bâti structurel 4, avantageusement au niveau d'un caisson. La plaque support 12 porte le mécanisme d'actionnement 15 du vireur auxiliaire 5 qui est illustré en détail sur les figures 3a,3b et 4. Le mécanisme d'actionnement 15 est porté par une platine 14 fixée par des vis sur la plaque support 12. La platine 14 présente deux colonnes 16a,16b pourvue de moyens de guidage 161A,161b pour un coulisseau 17 solidaire de la tige 61 du vérin 6. L'organe de commande 8 est relié à la tige du vérin par une articulation comprenant un axe 9 porté par le coulisseau 17 de sorte à pouvoir pivoter entre la position rétractée et la position d'engagement. Lors d'un déplacement de la tige 61 du vérin 6, le coulisseau 17 est guidé en translation par les moyens de guidage 161a,161b portés par la platine 14 solidaire du corps du vérin via la plaque support 12. Les moyens de guidage 161a,161b sont constitués par des plaquettes rapportées sur les colonnes 16a,16b. Le coulisseau 17 a une forme en U (figure 4) dont la partie basse est fixée à la tige 61 du vérin 6. Les montants latéraux 17a,17b du U portent l'axe 9 de pivot de l'articulation. Ces montants latéraux présentent une partie complémentaire 171a,171b en appui sur les moyens de guidage 161a,161b. L'organe de commande 8 présente une forme de bielle légèrement coudée, dont la partie inférieure est montée pivotante sur l'axe 9. Sa partie supérieure présente une forme cylindrique 19 qui vient se loger dans l'un des creux 110 aménagés à la périphérie de la roue 10. La partie basse de l'organe de commande 8 présente au voisinage de l'axe 9 une surface 20 qui vient en appui sur une première butée fixe 21 solidaire de la platine 14 lors d'un mouvement de rentrée de la tige 61 du vérin 6. Ainsi lors d'un mouvement vers le bas de la tige 61 et donc du coulisseau 17, l'organe de commande 8 est déplacé vers la position rétractée dégagée de la roue illustrée aux figures 3a et 5a. La première butée 21 est située du côté de la roue 10. Un ressort 22 est disposé entre l'organe de commande 8 et la platine 14. Il est placé à l'intérieur d'un logement 23 aménagé dans l'organe de commande 8 du coté opposé à la butée 21 par rapport à l'axe 9. Le ressort pousse sur un doigt 24 monté coulissant dans le logement 23. Le doigt 24 présente une partie basse 25 qui dépasse vers le bas hors du logement 23. La partie basse 25 repose normalement sur une pièce d'appui 26 solidaire du coulisseau 17. Ainsi, lors d'un mouvement de sortie (vers le haut) de la tige 61 le ressort 22 fait basculer l'organe de commande 8 vers la position d'engagement avec l'un des moyens d'entraînement 11 en creux 110 de la roue 10 comme illustrée à la figure 5b. Inversement lors d'un mouvement vers le bas de la tige 61, la surface 20 vient en contact avec la première butée 21 (figure 5a) ce qui a pour effet de déplacer l'organe de commande 8 vers la position rétractée dégagée de la roue 10. La figure 5c illustre le cas où la tige de vérin 61 étant dans une position sortie, la vitesse V de rotation de la ligne d'arbre 1 se met à augmenter, comme par exemple du fait de l'entraînement des turbines par la vapeur. Dans ce cas une partie en pente 111 d'un moyen d'entraînement 11 vient éjecter (flèche E) la forme cylindrique 19 vers l'extérieur de la roue 10. L'organe de commande 8 bascule alors vers la position d'éjection représentée sur la figure 5c dans laquelle la partie 25 du doigt 24 repoussée par le ressort 22 vient se loger dans une cavité 27 du coulisseau 17. Logé dans cette cavité 27, le doigt 24 immobilise l'organe de commande 8 dans la position d'éjection. Par conséquent, un mouvement du doigt 24, qui est monté mobile par rapport à l'organe de commande 8, permet d'engager une partie 25 du doigt dans la cavité 27 du coulisseau 17 de sorte à immobiliser l'organe de commande 8 dans la position d'éjection à l'écart de la roue 10 en protégeant ainsi le mécanisme d'actionnement 15 de tout dommage pouvant résulter d'un contact avec les moyens d'entraînement 11. Lors de la rentrée de la tige 61 en partant de la position illustrée figure 5c, la partie 25 du doigt 24 entre en contact (figure 5a) avec une deuxième butée fixe 28 solidaire de la platine 14. Le contact avec cette deuxième butée 28 a pour effet de placer la partie 25 du doigt 24 en contact sur la pièce d'appui 26 (figures 5a et 3). Le mécanisme d'actionnement 15 est alors prêt à fonctionner normalement comme décrit en relation avec les figures 5a et 5b. La deuxième butée fixe 28 est disposée du côté opposé à la première butée fixe 21 par rapport à la tige 61. Afin de limiter les mouvements du coulisseau 17, 20 le mécanisme d'actionnement est pourvu de deux dispositifs de fin de course 31,32. Figure 6, on voit schématiquement, repéré 70, un circuit d'huile sous haute pression qui alimente des paliers 30 de la ligne d'arbre 1. 25 On peut voir que le vireur auxiliaire 5, notamment son vérin hydraulique 6, est alimenté en huile sous haute pression par ce circuit 70 d'alimentation en huile des paliers. Le rotor doit être sous soulèvement lors de toute phase de virage. Ce soulèvement est obtenu par l'injection d'huile haute pression à l'endroit des paliers 30. Le fonctionnement du vérin hydraulique 6 nécessite également une huile sous haute pression. Par souci de simplification des circuits d'huile, l'huile haute pression utilisée par le vérin 6 proviendra de préférence d'une pompe 32 sur le circuit 70 qui permet le soulèvement de la ligne d'arbre, et ce d'autant que ce circuit est actif lorsque le vérin est en fonctionnement car il fournit l'huile aux paliers. REVENDICATIONS1) Dispositif d'actionnement en rotation d'une ligne d'arbre (1) de turbine caractérisé en ce qu'il 5 comprend: -un vireur principal à commande électrique, -un vireur auxiliaire (5) à commande hydraulique. 2) Dispositif d'actionnement selon la 10 revendication 1 caractérisé en ce que le vireur auxiliaire (5) est commandé par une tige (61) d'un vérin hydraulique (6) à double effet. 3) Dispositif d'actionnement selon la revendication 2 caractérisé en ce que le vireur 15 auxiliaire (5) comprend une roue (10) solidaire de la ligne d'arbre (1) et un organe de commande (8) relié à la tige (61) du vérin (6), l'organe de commande (8) étant susceptible d'engager des moyens d'entraînement (11) agencés à la périphérie de la roue (10) et étant 20 déplaçable entre une position rétractée dégagée de la roue et une position d'engagement avec un des moyens d'entraînement (11) dans laquelle un mouvement de sortie de la tige (61) du vérin (6) commande la rotation de la roue (10). 25 4) Dispositif d'actionnement selon la revendication 3 caractérisée en ce que l'organe de commande (8) est relié à la tige (61) du vérin (6) par une articulation portée par un coulisseau (17)solidaire de la tige (61) du vérin (6) de sorte à pouvoir pivoter entre ladite position rétractée et ladite position d'engagement. 5) Dispositif d'actionnement selon la revendication 4 caractérisé en ce que lors du déplacement de la tige (61) du vérin (6), le coulisseau (17) est guidé en translation par des moyens de guidage (161a,161b) portés par une platine (14) solidaire du vérin (6). 6) Dispositif d'actionnement selon la revendication 5, caractérisé en ce que le coulisseau (17) a une forme en U dont la partie basse est fixée à la tige du vérin, les montants (17a,17b) du U portant un axe (9) de pivot de ladite articulation et présentant des moyens de guidage (171a,171b) complémentaires desdits moyens de guidage (161a,161b) portés par la platine (14). 7) Dispositif d'actionnement selon l'une des revendications 3 à 6 caractérisé en ce que l'organe de commande (8) présente une surface (20) qui vient en appui sur une première butée fixe (21) solidaire de la platine (14) lors d'un mouvement de rentrée de la tige (61) du vérin (6) de sorte à déplacer l'organe de commande (8) vers ladite position rétractée dégagée de la roue (10). 8) Dispositif d'actionnement selon l'une des revendications 3 à 7 caractérisé en ce que lors d'un mouvement de sortie de la tige (61) du vérin (6) un ressort (22) bascule l'organe de commande (8) versladite position d'engagement avec l'un des moyens d'entrainement (11) de la roue (10). 9) Dispositif d'actionnement selon l'une des revendications 3 à 8 caractérisé en ce qu'un doigt (24) est monté mobile par rapport à l'organe de commande (8), un mouvement du doigt permettant d'engager d'une partie (25) du doigt dans une cavité (27) du coulisseau (17) de sorte à immobiliser l'organe de commande (8) dans une position d'éjection à l'écart de la roue (10). 10) Dispositif d'actionnement selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel un circuit d'huile sous haute pression alimente des paliers de la ligne d'arbre (1) caractérisé en ce que le vireur auxiliaire (5), notamment son vérin hydraulique (6), est alimenté en huile sous haute pression par ledit circuit d'alimentation en huile des paliers. 11) Groupe turbo-alternateur de production d'électricité comprenant un dispositif d'actionnement selon l'une des revendications 1 à 10.