Brevet FR2981399A1 — publié le 20130419

Plaque papillon asymétrique pour capot d'échappement de turbine à vapeur La présente invention concerne le domaine des turbomachines à vapeur et, plus particulièrement, une plaque papillon asymétrique pour capot d'échappement de turbine à vapeur. De nombreuses installations de production d'électricité emploient des systèmes de turbomachines à vapeur ayant une partie formant turbine à vapeur basse pression (BP) couplée avec une partie formant turbine à vapeur moyenne pression (MP) et une partie formant turbine à vapeur haute pression (HP) destinée à entraîner un alternateur. Globalement, de la vapeur est détendue dans la partie formant turbine à vapeur BP et est acheminée jusque dans un capot d'échappement. Le capot d'échappement isole la vapeur des conditions atmosphériques tout en assurant un soutien pour les pièces rotatives et fixes des turbomachines. Globalement, les pièces fixes dirigent de la vapeur vers les pièces rotatives pour contribuer à faire tourner le rotor employé dans la production d' électricité. Un exemple de capot d'échappement est formé de diverses plaques de tôle métallique combinées pour former une enveloppe. L'enveloppe est formée de manière à comprendre divers moyens de montage pour des pièces internes et externes. L'enveloppe comprend des moitiés supérieure et inférieure qui guident la vapeur vers le bas en direction d'un condenseur. Le capot d'échappement comprend une plaque papillon qui fait tourner un flux supérieur de vapeur de 180° vers le bas en direction du condenseur. Les plaques papillons existantes ont, en coupe, des profils linéaires et elliptiques amenant le flux supérieur de vapeur à tourner verticalement vers le bas. Selon un premier aspect de l'invention, une plaque papillon asymétrique pour capot d'échappement de turbine à vapeur comporte un profil curviligne non symétrique ayant une première section qui s'étend jusqu'à une seconde section via un sommet. La première section a un premier profil curviligne et la seconde section a un second profil curviligne distinct du premier profil curviligne. Selon un autre aspect de l'invention, un capot d'échappement de turbine à vapeur comporte une section de capot d'échappement et une plaque papillon asymétrique disposée dans la section de capot d'échappement. La plaque papillon asymétrique comporte un profil curviligne non symétrique ayant une première section qui s'étend jusqu'à une seconde section via un sommet. La première section a un premier profil curviligne et la seconde section a un second profil curviligne distinct du premier profil curviligne. La section de capot d'échappement peut comprendre une section supérieure coopérant avec une section inférieure par l'intermédiaire d'une première et d'une seconde sections latérales, l'une des première et seconde sections latérales comprenant une sortie de vapeur. Selon encore un autre aspect de l'invention, un système de turbomachine à vapeur comporte une partie turbine ayant une section d'entrée et une section d'échappement, et un capot d'échappement monté sur la section d'échappement. Le capot d'échappement comporte une section de capot d'échappement et une plaque papillon asymétrique disposée dans la section de capot d'échappement. La plaque papillon asymétrique comporte un profil curviligne non symétrique ayant une première section qui s'étend jusqu'à une seconde section via un sommet. La première section a un premier profil curviligne et la seconde section a un second profil curviligne distinct du premier profil curviligne. La section de capot d'échappement peut comprendre une section supérieure coopérant avec une section inférieure par l'intermédiaire d'une première et d'une seconde sections latérales, une des première et seconde sections latérales comprenant une sortie de vapeur. La section de capot d'échappement peut comprendre un premier profil curviligne complexe. La seconde section peut comprendre un second profil rectiligne complexe. L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels : - la figure I est une représentation schématique d'un système de turbomachine à vapeur comportant une partie formant turbine à vapeur basse pression (BP) ayant un capot d'échappement pourvu d'une plaque papillon formée selon un exemple de réalisation ; - la figure 2 est une vue en élévation de la partie formant turbine à vapeur BP et du capot d'échappement selon un exemple de réalisation ; la figure 3 est une vue de dessus en plan de la partie formant turbine à vapeur BP et du capot d'échappement selon un exemple de réalisation ; et - la figure 4 est une courbe illustrant la plaque papillon selon un exemple de réalisation. En référence à la figure 1, un système de turbomachine à vapeur selon un exemple illustré est désigné globalement par le repère 2. Le système de turbomachine à vapeur 2 comprend une partie formant turbine à vapeur haute pression (HP) 4 coopérant avec une partie formant turbine à vapeur moyenne pression (MP) 6 qui, elle-même, coopère avec une partie formant turbine à vapeur basse pression (BP) 8. Dans l'exemple illustré, la partie formant turbine à vapeur BP 8 comprend un capot d'échappement 11. Le capot d'échappement 11 est représenté sous la forme d'un capot d'échappement vers le bas, non symétrique. Cependant, le capot d'échappement 11 pourrait également se présenter sous la forme d'un capot d'échappement vers le bas symétrique, ainsi que sous la forme d'un capot d'échappement latéral aussi bien symétrique que non symétrique. Comme représenté plus clairement sur les figures 2 et 3, le capot d'échappement 11 comprend un corps principal 14 qui définit un logement intérieur 17 ayant une ouverture intérieure 18. Le corps principal 14 est divisé en une première section 20 de capot d'échappement qui contient une première section 21 de turbine à vapeur BP et une seconde section 23 de capot d'échappement qui contient une seconde section 24 de turbine à vapeur BP. La première section 21 de turbine à vapeur BP comprend une première enveloppe intérieure 28 supportée dans la première section 20 de capot d'échappement. De même, la seconde section 24 de turbine à vapeur BP comprend une seconde enveloppe intérieure 29 supportée dans la seconde section 23 de capot d'échappement. La première enveloppe intérieure 28 comprend un premier cône de support 30, un premier guide 31 de vapeur doté d'une section de sortie 32, et un moyen de montage 33 conçu et disposé pour s'assembler avec la partie formant turbine à vapeur BP 8. De même, la seconde enveloppe intérieure 29 comprend un second cône de support 34, un second guide 35 de vapeur doté d'une seconde section de sortie 36, et un second moyen de montage 37 également conçu pour s'assembler avec la partie formant turbine à vapeur BP 8. Le capot d'échappement 11 comprend également une entrée 40 de turbine BP qui établit une communication fluidique entre la partie formant turbine MP 6 et la partie formant turbine BP 8 par l'intermédiaire des première et seconde sections 21 et 24 de turbine BP. Avec cet agencement, la vapeur arrivant de la partie formant turbine MP 6 entre dans l'entrée 40 de la turbine BP et est transférée dans la partie formant turbine BP 8 via les première et seconde sections 21 et 24 de turbine BP. La vapeur accède à la partie formant turbine BP 8 par un premier passage de diffusion (non désigné par un repère propre) qui s'étend entre le premier cône de support 30 et le premier guide 31 de vapeur, et par un second passage de diffusion (non désigné non plus par un repère propre) qui s'étend entre le second cône de support 34 et le second guide 35 de vapeur. En plus de permettre à la vapeur d'accéder à la partie formant turbine BP 8, les premier et second guides 31 et 35 de vapeur envoient de la vapeur dans le logement intérieur 17 par les première et seconde sections de sortie 32 et 36. Ainsi, la vapeur sortant des première et seconde sections de sortie 32 et 36 passe sur les premier et second guides 31 et 35 de vapeur, pénètre dans le logement intérieur 17 et se dirige vers l'ouverture inférieure 18. Dans l'exemple illustré, la première section 20 de capot d'échappement comprend une plaque papillon asymétrique 50 qui guide la vapeur dans le logement intérieur 17 vers l'ouverture inférieure 18 avec de faibles pertes de pression dans le flux de vapeur. Ainsi, la plaque papillon asymétrique 50 selon l'exemple de réalisation décrit ci-après améliore la récupération de pression statique. La seconde section 23 de capot d'échappement comprend une plaque papillon asymétrique 55 qui, selon un aspect de l'exemple de réalisation, est sensiblement l'équivalent de la plaque papillon asymétrique 50. On se reportera donc maintenant à la figure 4 pour la description de la plaque papillon asymétrique 50, étant entendu que la plaque papillon asymétrique 55 a sensiblement la même configuration. Selon un exemple de réalisation, la plaque papillon asymétrique 50 comprend un profil curviligne non symétrique ayant une première section 56 et une seconde section 58 réunies au niveau d'un sommet 60. Le terme "sommet" doit être compris comme désignant un point qui définit une intersection des première et seconde sections 56 et 58. La première section 56 comprend une première longueur 62 ayant un premier profil rectiligne et la seconde section 58 comprend une seconde longueur 65 ayant un second profil rectiligne. La première longueur 62 est distincte de la seconde longueur 65. Plus spécifiquement, la première longueur 62 est plus courte que la seconde longueur 65. Le sommet 60 est espacé de la section de sortie 32 du premier guide 31 de vapeur d'environ 5 à 10 % de la moitié d'une distance entre la section de sortie 32 et la section de sortie 36 du second guide 35 de vapeur. Selon un aspect, le sommet 60 est espacé, d'un angle d'environ 30° dans la direction circonférentielle, par rapport à un plan central ou à un plan de symétrie du capot d'échappement 11. Toujours selon l'exemple illustré, la première section 56 comprend un premier profil curviligne complexe défini par un premier segment 70 et un second segment 71. Le premier segment 70 comprend une courbure positive et le second segment 71 comprend une courbure négative. Les termes "négative" et "positive" servent simplement à décrire le fait que le premier segment curviligne 70 comprend une courbure qui est l'opposé de la courbure du second segment curviligne 71. Toujours selon l'exemple illustré, la seconde section 58 comprend un second profil curviligne complexe défini par une première partie 78 et une seconde partie 79. La première partie 78 peut comprendre une courbure globalement linéaire ou éventuellement une courbure globalement négative, tandis que la seconde partie 79 comprend une courbure positive. A ce stade, il doit être entendu que l'espacement entre le sommet 60 et l'extrémité extérieure (non désignée par un repère séparé) du premier guide 31 de vapeur, ainsi que la forme globale de la plaque papillon asymétrique 50, contribuent à réduire les tourbillons dans le flux de vapeur sortant de la partie formant turbine à vapeur BP vers l'ouverture inférieure 18. La réduction des tourbillons dans le flux de vapeur contribue à atténuer les pertes de pression et à accroître la récupération dans le capot d'échappement. De plus, une plaque papillon non symétrique ou asymétrique, montée dans un capot d'échappement asymétrique, facilitera la répartition du flux de la moitié supérieure en fonction de la section d'écoulement de chaque moitié. Une plaque papillon asymétrique permettra également qu'une même quantité de vapeur soit amenée à passer dans chaque moitié d'un plan de symétrie lorsque le flux à la sortie du dernier étage tourbillonne fortement. Dans un capot d'échappement latéral asymétrique, la hauteur du capot dans la moitié supérieure peut être différente de la hauteur du capot dans la moitié inférieure et créer ainsi des sections d'écoulement différentes. Dans le capot d'échappement latéral asymétrique, la plaque papillon asymétrique fait tourner le flux sur un côté, de 180°, vers un condenseur et, par conséquent, répartit le flux en fonction de la section d'écoulement pour chaque moitié du capot d'échappement latéral non symétrique. En outre, l'exemple illustré présente un mécanisme pour guider le flux de vapeur vers un condenseur depuis une partie supérieure dans un capot d'échappement. La plaque papillon asymétrique a des dimensions et une forme visant à réduire la création de tourbillons dans le flux de vapeur pour éviter des pertes de rendement dans le système de turbomachine. Liste des repères 2 Système de turbomachine à vapeur 4 Partie formant turbine à vapeur 6 Partie formant turbine à vapeur 8 Partie formant turbine à vapeur 11 Capot d'échappement 14 Corps principal 17 Logement intérieur 18 Ouverture inférieure 20 Première section de capot d'échappement 21 Section de turbine à vapeur 23 Seconde section de capot d'échappement 24 Section de turbine à vapeur 28 Première enveloppe intérieure 29 Seconde enveloppe intérieure 30 Premier cône de support 31 Premier guide de vapeur 32 Section de sortie 33 Elément de montage 34 Second cône de support 35 Second guide de vapeur 36 Seconde section de sortie 37 Second élément de montage 40 Entrée de turbine 50 Plaque papillon asymétrique 55 Plaque papillon asymétrique 56 Première section 58 Seconde section 60 Sommet 62 Première longueur 65 Seconde longueur 70 Premier segment 71 Second segment 78 Première partie 79 Seconde partie REVENDICATIONS1. Plaque papillon asymétrique (50, 55) pour capot d'échappement (11) de turbine à vapeur, la plaque papillon comprenant : un profil curviligne non symétrique ayant une première section (56) qui s'étend jusqu'à une seconde section (58) via un sommet (60), la première section (56) ayant un premier profil curviligne et la seconde section (58) ayant un second profil curviligne distinct du premier profil rectiligne, la plaque papillon (50, 55) étant configurée et disposée de manière à guider un flux de fluide depuis une partie supérieure du capot d'échappement (11) vers un condenseur, le profil curviligne non symétrique réduisant les tourbillons dans le flux de fluide pour réduire les pertes de rendement de la turbomachine. 2. Plaque papillon asymétrique (50, 55) selon la revendication 1, dans laquelle la première section (56) comprend une première longueur (62) et la seconde section (58) comprend une seconde longueur (65), la première longueur (62) étant distincte de la seconde longueur (65). 3. Plaque papillon asymétrique (50, 55) selon la revendication 1, dans laquelle la première section (56) comprend une première longueur (62) et la seconde section (58) comprend une seconde longueur (65), la seconde longueur (65) étant plus grande que la première longueur (62). 4. Plaque papillon asymétrique (50, 55) selon la revendication 1, dans laquelle la première section (56) comprend un premier profil curviligne complexe. 5. Plaque papillon asymétrique (50, 55) selon la revendication 4, dans laquelle le premier profil curviligne complexecomprend un premier segment (70) à courbure positive et un second segment (71) à courbure négative. 6. Plaque papillon asymétrique (50, 55) selon la revendication 4, dans laquelle la seconde section (58) comprend un second profil curviligne complexe. 7. Plaque papillon asymétrique (50, 55) selon la revendication 6, dans laquelle le second profil curviligne complexe comprend une première partie (78) à courbure globalement linéaire et/ou courbure globalement négative et une seconde partie (79) à courbure globalement positive. 8. Capot d'échappement (11) de turbine à vapeur, comportant : une section (20, 23) de capot d'échappement ; et une plaque papillon asymétrique (50, 55) disposée dans la section (20, 23) de capot d'échappement, la plaque papillon asymétrique (50, 55) comprenant un profil curviligne non symétrique ayant une première section (56) qui s'étend jusqu'à une seconde section (58) via un sommet (60), la première section (56) ayant un premier profil curviligne et la seconde section (58) ayant un second profil curviligne distinct du premier profil rectiligne. 9. Capot d'échappement (11) de turbine à vapeur selon la revendication 8, dans lequel la section (20, 23) de capot d'échappement comprend une section supérieure coopérant avec une section inférieure par l'intermédiaire d'une première et d'une seconde sections latérales, l'une des première et seconde sections latérales comprenant une sortie de vapeur. 10. Capot d'échappement (11) de turbine à vapeur selon la revendication 8, dans lequel la première section (56) comprend une première longueur (62) et la seconde section (58) comprend uneseconde longueur (65), la seconde longueur (65) étant plus grande que la première longueur (62). 11. Capot d'échappement (11) de turbine à vapeur selon la revendication 8, dans lequel la première section (56) comprend un premier profil curviligne complexe. 12. Capot d'échappement (11) de turbine à vapeur selon la revendication 11, dans lequel le premier profil curviligne complexe comprend un premier segment (70) à courbure positive et un second segment (71) à courbure négative. 13. Capot d'échappement (11) de turbine à vapeur selon la revendication 11, dans lequel la seconde section (58) comprend un second profil curviligne complexe. 14. Capot d'échappement (11) de turbine à vapeur selon la revendication 13, dans lequel le second profil curviligne complexe comprend une première partie (78) à courbure globalement linéaire et/ou courbure globalement négative et une seconde partie (79) à courbure globalement positive. 15. Capot d'échappement (11) de turbine à vapeur selon la revendication 14, dans lequel la section (20, 23) de capot d'échappement est non symétrique. 16. Système de turbomachine à vapeur (1), comportant : une partie formant turbine (4, 6, 8) comprenant une section d'entrée et une section d'échappement ; et un capot d' échappement (11) monté sur la section d'échappement, le capot d'échappement (11) comprenant : une section (20, 23) de capot d'échappement ; et une plaque papillon asymétrique (50, 55) disposée dans la section (20, 23) de capot d'échappement, la plaque papillon asymétrique (50, 55) comprenant un profil curviligne non symétrique ayant une première section (56) qui s'étend jusqu'à uneseconde section (58) via un sommet (60), la première section (56) ayant un premier profil curviligne et la seconde section (58) ayant un second profil curviligne distinct du premier profil rectiligne. 17. Système de turbomachine à vapeur (1) selon la revendication 16, dans lequel la section (20, 23) de capot d'échappement comprend une section supérieure coopérant avec une section inférieure par l'intermédiaire d'une première et d'une seconde sections latérales, une des première et seconde sections latérales comprenant une sortie de vapeur. 18. Système de turbomachine à vapeur (1) selon la revendication 16, dans lequel la section (20, 23) de capot d'échappement comprend un premier profil curviligne complexe. 19. Système de turbomachine à vapeur (1) selon la revendication 18, dans lequel le premier profil curviligne complexe comprend un premier segment (70) à courbure positive et un second segment (71) à courbure négative. 20. Système de turbomachine à vapeur (1) selon la revendication 18, dans lequel la seconde section (58) comprend un second profil rectiligne complexe.