Brevet FR3000316A1 — publié le 20140627

Système de secours pour pompes de turbine L'invention a pout objet des systèmes d'alimentation en fluide de turbine. Ces fluides peuvent être des fluides de lubrification permettant de faciliter les mouvements relatifs de certaines pièces, ou des fluides destinés à assurer des étanchéités au niveau de la turbine. Le débit et la pression de ces fluides sont généralement assurés par des pompes principales alimentées en courant alternatif. Pour sécuriser le fonctionnement de la turbine, deux pompes sont généralement prévues, au cas où l'une des deux pompes viendrait à être défaillante. En cas de défaillance du réseau d'alimentation lui-même, on prévoit en général deux autres pompes de secours, aptes à être alimentées en courant continu, ainsi que des batteries d'accumulateurs électriques disponible pour alimenter ces pompes de secours. Ces pompes à courant continu peuvent également être utilisées pendant le démarrage de la turbine. Pour des raisons de coûts, les pompes à courant continu sont généralement dimensionnées au plus juste pour permettre d'assurer le débit de fluide suffisant pour permettre à la turbine de fonctionner en mode dégradé sans s'endommager. Ces pompes à courant continu permettent alors de maintenir la turbine en fonctionnement jusqu'à ce qu'un générateur de courant alternatif ait pu être mis en route, et puisse à son tour assurer l'alimentation en courant d'au moins une des pompes principales de la turbine. La présence de ces pompes induit des procédures de vérification supplémentaires au démarrage de la turbine, puisque le fonctionnement de toutes les pompes doit être vérifié individuellement lors de la mise en route de la turbine. Ces pompes à courant continu posent également une difficulté en terme d'approvisionnement des pompes et de leurs périphériques de contrôle, car on trouve sur le marché peu de ces pompes à courant continu de dimensions adaptées aux turbines, et ces pompes sont vendues à des prix élevés. En outre, les circuits de commande de ces pompes sont également rarement adaptés à leur utilisation comme pompe de secours de turbine, et sont donc onéreux à acquérir ou à faire réaliser. Les courants nécessaires pour maintenir quasi instantanément, après constat d'un défaut d'alimentation en courant alternatif, une alimentation suffisante en courant continu des pompes de secours, implique l'utilisation de câbles de fort diamètre et implique un dimensionnement des accumulateurs de batterie également aptes à fournir rapidement des intensités de courant élevées. En outre, les tableaux de commande associés aux pompes de secours à courant continu ne permettent pas un pilotage optimal de ces pompes, qui passent fréquemment par des phases en survitesse ou en surcharge de courant. Ces pompes de secours, également utilisées lors des phases de démarrage, cumulent un historique avec de nombreuses défaillances, même en dehors des phases de secours proprement dites. L'invention a pour but de proposer un système d'alimentation en fluide pour turbine qui soit moins coûteux à réaliser, moins coûteux en terme de pannes subies, et qui permettent d'assurer avec une fiabilité accrue les phases de démarrage ainsi qu'un mode de fonctionnement de secours en cas de défaillance du réseau électrique de courant alternatif. A cette fin, l'invention propose un système d'alimentation en fluide d'une turbine. Le système comprend au moins une première pompe et au moins une seconde pompe, alimentées en courant à partir d'un réseau électrique de courant alternatif, et au moins une batterie d'accumulateurs électriques. Le système d'alimentation comprend un variateur de fréquence et comprend une unité de commande électronique configurée pour déclencher, sans interruption, une alimentation d'au moins une des pompes à partir de la batterie au travers du variateur de fréquence lorsqu'une anomalie est détectée au niveau du courant délivré par le réseau d'alimentation. Le variateur de fréquence est un variateur alimenté en courant continu et apte à alimenter le moteur de la pompe en courant alternatif. Il est de préférence apte à faire varier la vitesse de rotation du moteur de la pompe qu'il alimente, par exemple en faisant varier une fréquence du courant alternatif délivré au moteur. Le fluide, par exemple liquide ou gazeux, peut par exemple être un fluide de lubrification de la turbine, ou un fluide permettant d'assurer une pression d'étanchéité. Par "sans interruption", on entend que l'alimentation en fluide de la turbine n'est pas interrompue, l'alimentation en courant à partir du variateur se faisant dans un laps de temps tel que la pompe, si elle était précédemment alimentée à partir du réseau, continue à débiter du fluide, même à débit inférieur, sans repasser par une phase transitoire de démarrage. Selon une autre variante de réalisation, "sans interruption" veut dire que le débit de fluide ne s'arrête pas dans la turbine, la pompe alimentée au travers du variateur de fréquence prenant le relai d'une autre pompe qui était en fonctionnement, alimentée à partir du réseau, à l'instant précédent. Selon un mode de réalisation préféré, chacune des pompes est un modèle dans lequel la pression et le couple de la pompe sont proportionnels au carré de vitesse de rotation de la pompe. Avantageusement, la pompe est un modèle dans lequel le couple développé par le moteur de chacune des pompes est proportionnel au ratio entre la tension et la fréquence du réseau d' alimentation. L'unité de commande peut être également configurée pour déclencher, en deçà d'un régime seuil de rotation de la turbine, une alimentation d'au moins une des pompes au travers du variateur de fréquence alimenté par le courant continu de la batterie. Selon un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux, l'unité de commande électronique est configurée pour commencer par alimenter chacune des pompes à partir de la batterie au travers du variateur de fréquence lors du démarrage de la pompe, puis pour alimenter la pompe à partir du réseau de courant alternatif quand le débit de la pompe franchit un débit seuil. De préférence, la seconde pompe est apte à alimenter les mêmes circuits de fluide de la turbine que la première pompe La première pompe peut être utilisée comme pompe principale d'alimentation en fluide, et la seconde pompe peut être utilisée comme pompe de secours en cas de défaillance de la première pompe. Selon un mode de réalisation préférentiel, si une seule des pompes est en fonctionnement au moment où l'anomalie au niveau du réseau d'alimentation est détectée, c'est en priorité cette même pompe qui est ensuite alimentée en courant à partir du variateur. Si une anomalie est alors détectée au niveau du fonctionnement de cette pompe, l'autre pompe peut être immédiatement alimentée à partir du variateur au lieu de la pompe initialement en fonctionnement. De préférence, le système comprend deux batteries, par exemple deux batteries connectées en parallèle, ou deux batteries aptes à être alternativement connectées l'une ou l'autre, au variateur de fréquence. Le système peut comprendre un générateur de courant alternatif dédié aux pompes, et apte à fournir du courant alternatif produit à partir de la combustion d'hydrocarbures, en quantité suffisante pour faire tourner chacune des pompes à son régime nominal. Par régime nominal, on entend le régime de la pompe correspondant à une utilisation de la turbine hors incident. Par dédié à la pompe, on entend un générateur situé suffisamment a proximité de la pompe pour pouvoir être mis en route ou arrêté rapidement en fonction des besoins en courant électrique de la pompe. L'unité de commande électronique peut être alors configurée pour déclencher une alimentation d'au moins une des pompes à partir de la batterie, au travers du variateur de fréquence, lorsqu'une anomalie est détectée au niveau du courant alternatif délivré par le réseau d'alimentation. Elle peut être en outre configurée pour déclencher, lorsqu'une anomalie est détectée au niveau du courant alternatif délivré par le réseau d'alimentation, une mise en route du générateur, et être configurée, une fois que le générateur atteint un régime stabilisé, pour basculer l'alimentation de la pompe du variateur vers le générateur sans interruption de la circulation de fluide pompé vers la turbine. Selon un mode de réalisation économique, le système peut comprendre exclusivement une ou plusieurs pompes à courant alternatif pour alimenter en fluide la turbine, à l'exclusion par exemple de pompes à courant continu de secours. Selon un mode de réalisation préférentiel, le système peut comprendre deux pompes à courant alternatif, deux batteries, et un seul variateur. De préférence, la ou les batteries alimentant le variateur ont une tension maximale à vide comprise entre 200 et 300V, et de préférence entre 220V et 260V. De manière plus générale, l'invention propose une turbine comprenant un système d'alimentation tel que décrit précédemment. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à tire d'exemple non limitatif, et faite en référence à la figure annexée, qui représente de manière schématique un système d'alimentation en fluide de turbine selon l'invention. Illustré sur la figure, un système 4 d'alimentation en fluide comprend une première pompe à courant alternatif 1, alimentée par un moteur à courant alternatif, et une seconde pompe 2 également alimentée par un autre moteur à courant alternatif. La première pompe 1 est connectée à un réseau de courant alternatif 8 par l'intermédiaire d'une première série d'interrupteurs 9 commandable au moyen d'une unité de commande électronique 7. La seconde pompe 2 est raccordée au même réseau à courant alternatif 8, au travers d'une série d'interrupteur 10 également commandé par l'unité de commande électronique 7. L'unité de commande électronique 7 est en outre connectée à au moins un capteur 13, par exemple un voltmètre ou un ampèremètre, placé de manière à détecter si l'alimentation délivrée par le réseau 8 correspond à l'alimentation attendue. Le capteur 13 est ici représenté au niveau de la série d'interrupteur 9 mais pourrait par exemple être placé à un autre endroit du réseau 8, ou au niveau des connexions d'alimentation de la pompe 1. L'unité de commande électronique peut éventuellement comprendre un second capteur 14 pour vérifier de manière indépendante si l'alimentation par le réseau 8 peut être assurée au niveau de la seconde pompe 2. Le système 4 d'alimentation en fluide comprend en outre un variateur de fréquence 3 apte à convertir un courant continu en courant alternatif, et qui peut être connecté, à l'aide respectivement d'une troisième série d'interrupteur 11 et d'une quatrième série d'interrupteur 12, respectivement à la première pompe 1 et à la second pompe 2. Les troisième et quatrième séries d'interrupteurs sont également commandées par l'unité de commande électronique 7. L'unité de commande 7 est reliée au variateur de fréquence 3 de manière à pouvoir mettre en route ou interrompre le variateur de fréquences en fonction des besoins. Le variateur de fréquences 3 est alimenté par au moins une batterie d'accumulateur 5. Pour parer une éventuelle défaillance de la batterie d'accumulateur 5, une seconde batterie 6 peut être prévue, qui peut être soit branchée en permanence en parallèle à la batterie 5 sur le variateur de fréquence 3, ou qui peut faire l'objet d'un branchement séparé de manière à pouvoir brancher alternativement le variateur de fréquence 3 uniquement sur la batterie 5 ou uniquement sur la batterie 6. De préférence, quand une des pompes 1 ou 2 fonctionne, au moins une des batteries d'accumulateur 5 ou 6 est connectée en permanence au variateur de fréquence 3, et celui-ci est dans une configuration où il peut être instantanément sollicité par l'unité de commande électroniques 7 pour délivrer du courant alternatif. Quand au moins une des pompes 1 ou 2 est en fonctionnement, l'unité de commande électronique 7 vérifie en permanence qu'un paramètre du signal du capteur 13, par exemple une amplitude de tension, une valeur moyenne d'intensité ou une fréquence du signal, reste dans des bornes prédéfinies. Si le paramètre surveillé franchit un premier seuil, l'unité de commande électronique 7 démarre le variateur de fréquence 3. Si le signal franchit la valeur seuil dans l'autre sens, l'unité de commande électronique 7, peut après un temps d'attente remettre en veille le variateur de fréquence 3. En revanche, si le signal du capteur 13 franchit un second seuil, l'unité de commande électronique 7 découple la première pompe du réseau 8 à l'aide de l'interrupteur 9, et ferme l'interrupteur 11 pour assurer l'alimentation électrique de la première pompe à partir du variateur de fréquence 3. On peut envisager des variantes de réalisation dans lesquelles le variateur de fréquence 3 est maintenu en permanence dans un état où une tension alternative est disponible au niveau des câblages du variateur de fréquence 3arrivant aux interrupteurs 11 et 12. La pompe 1 peut ainsi être alimentée quasiment sans interruption, d'abord par le réseau 8 jusqu'à l'ouverture de l'interrupteur 9, puis par le variateur de fréquence 3, dès que l'unité de commande électronique 7 ferme l'interrupteur 11. Selon un autre mode de réalisation possible, l'unité de commande électronique 7 peut être configurée pour que, si la pompe 1 est en fonctionnement et la pompe 2 est arrêtée au moment où une anomalie est détectée au niveau du réseau 8, le variateur de fréquence 3 commence à alimenter la pompe 2 avant même que soit coupée l'alimentation de la pompe 1. La première pompe peut par la suite être également connectée au variateur de fréquence 3 ou peut être laissée en attente en vue d'une réalimentation soit par le réseau 8 soit par un générateur de courant de secours (non représenté). Le système 4 peut comprendre un générateur de courant alternatif de secours (non représenté), par exemple un générateur de type diesel, situé à proximité de la turbine. En cas d'anomalie détectée au niveau du réseau alternatif 8, le générateur peut être mis en route, soit directement par l'unité de commande 7, soit manuellement suite à une alarme émise par l'unité de commande 7. Une fois que le générateur est apte à délivrer un courant suffisant pour alimenter au moins l'une des pompes 1 ou 2, l'unité de commande électronique 7 bascule un autre interrupteur dédié (non représenté sur les figures) pour alimenter l'une des pompes à partir du générateur et déconnecte le variateurs de fréquence de la pompe alimentée par le variateur de fréquence. Selon un mode de réalisation avantageux, c'est la même pompe qui est successivement alimentée à partir du réseau de courant alternatif, qui est ensuite alimentée à partir du variateur de fréquence, et qui est ensuite alimentée à partir du générateur. De cette façon, on évite de faire créer des régimes de circulation de fluide transitoires défavorables au fonctionnement de la turbine. Afin d'assurer une tension suffisante de courant alternatif sortant du variateur de fréquence 3, on utilise de préférence des batteries d'accumulateur 5 et 6 dont la tension à vide est comprise entre 200 et 300 volts et de préférence entre 220 et 260 volts. De telles batteries existent sur le marché. L'unité de commande électronique 7 peut également être configurée pour déconnecter au moins une pompe du réseau 8 et connecter au moins une pompe au variateur 3 si une anomalie est détectée au niveau des paramètres de fonctionnement d'une des pompes actuellement actives pour alimenter la turbine en fluide. Selon encore une autre variante de réalisation, le basculement d'alimentation électrique peut être déclenché si la vitesse de rotation de la turbine passe en deçà d'une vitesse seuil de rotation. Des critères mixtes prenant en compte plusieurs paramètres de manière à surveiller à la fois le courant du réseau 8, et/ou le fonctionnement de la pompe et/ou le fonctionnement de la turbine peuvent être utilisés. Il est assez aisé de remplacer des systèmes existants à deux pompes de secours à courant continu, par un système d'alimentation selon l'invention car l'encombrement du variateur de fréquence est généralement inférieur à celui des pompes à courant continu utilisé antérieurement. Les systèmes d'interrupteurs 9, 10, 11, 12 sont de préférence des interrupteurs électroniques du type diode, sans mouvement mécanique afin d'augmenter la fiabilité du système. Le système d'alimentation 4 selon l'invention permet en outre d'assurer des démarrages « en douceur » de la turbine, le couple de la ou des pompes d'alimentation de fluide étant progressivement augmenté en alimentant une des pompes à partir du variateur de fréquence 3, et en augmentant progressivement la fréquence du courant délivré à la pompe. Une fois que la pompe a atteint son plein régime de fonctionnement, l'unité de commande électronique 7 bascule son alimentation sur le réseau de courant alternatif 8. L'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits et peut se décliner en de nombreuses variantes. Le nombre de pompes de fluide peut être supérieur à deux. Les signaux déclenchant le basculement de l'alimentation du réseau alternatif 8 vers l'alimentation à partir du variateur 3, peuvent être basés sur des paramètres de fonctionnement de la turbine, soit sur des paramètres de fonctionnement de la pompe, soit sur les caractéristiques du signal électrique délivré par le réseau alternatif lui-même. L'unité de commande électronique 7 peut déclencher l'alimentation au travers du variateur uniquement sur la base de la surveillance de paramètres de fonctionnement de la turbine (par exemple en fonction de la vitesse de rotation de la turbine), et/ou uniquement sur la base de paramètres de fonctionnement de la pompe de fluide active. L'unité de commande électronique 7 peut ne pas être connectée à des capteurs 13, 14 de surveillance du réseau électrique alternatif. Le système d'alimentation selon l'invention permet d'améliorer la fiabilité de l'alimentation en fluide d'une turbine en cas de défaillance du réseau électrique d'alimentation principal. Le système d'alimentation selon l'invention permet de faciliter les phases de démarrage et permet de réduire les coûts totaux de l'installation grâce à l'utilisation de composants plus facilement accessibles sur le marché et plus fiables. REVENDICATIONS1. Système (4) d'alimentation en fluide d'une turbine, comprenant au moins une première pompe (1) et au moins une seconde pompe (2), alimentées en courant à partir d'un réseau électrique (8) de courant alternatif, le système comprenant au moins une batterie (5,6) d'accumulateurs électriques, caractérisé en ce que le système d'alimentation (4) comprend un variateur de fréquence (3) et comprend une unité de commande électronique (7) configurée pour déclencher sans interruption une alimentation d'au moins une des pompes (1,2) à partir de la batterie (5,6) au travers du variateur de fréquence (3) lorsqu'une anomalie est détectée au niveau du courant délivré par le réseau d'alimentation (8). 2. Système selon la revendication 1, dans lequel la pression et le couple de chacune des pompes (1,2) sont proportionnels au carré de vitesse de rotation de la pompe. 3. Système selon la revendication 1, dans lequel le couple développé par le moteur de chacune des pompes (1, 2) est proportionnel au ratio entre la tension et la fréquence du réseau d' alimentation. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'unité de commande (7) est également configurée pour déclencher, en deçà d'un régime seuil de rotation de la turbine, une alimentation d'au moins une des pompes (1, 2) au travers du variateur de fréquence (3) alimenté par le courant continu de la batterie (5, 6). 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'unité de commande électronique est configurée pour commencer par alimenter chacune des pompes à partir de la batterie (5, 6) au travers du variateur de fréquence lors dudémarrage de la pompe (1, 2), puis pour alimenter la pompe (1, 2) à partir du réseau (8) de courant alternatif quand le débit de la pompe franchit un débit seuil. 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la seconde pompe (2) est apte à alimenter les mêmes circuits de fluide de la turbine que la première pompe (1) 7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant deux batteries (5, 6) connectées en parallèle, ou aptes à être alternativement connectées l'une ou l'autre, au variateur de fréquence (3). 8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un générateur de courant alternatif dédié aux pompe (1, 2) et apte à fournir du courant alternatif produit à partir de la combustion d'hydrocarbures, en quantité suffisante pour faire tourner chacune des pompes (1, 2) à son régime nominal. 9. Système selon la revendication 8, dans lequel l'unité de commande électronique (7) est configurée pour déclencher une alimentation d'au moins une des pompes (1, 2) à partir de la batterie (5, 6) au travers du variateur de fréquence (3) lorsqu'une anomalie est détectée au niveau du courant alternatif délivré par le réseau d'alimentation (8), est configurée pour déclencher, lorsqu'une anomalie est détectée au niveau du courant alternatif délivré par le réseau d'alimentation (8), une mise en route du générateur, et est configurée, une fois que le générateur atteint un régime stabilisé, pour basculer l'alimentation de la pompe (1, 2) du variateur vers le générateur sans interruption. 10. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant exclusivement une ou plusieurs pompes (1, 2) à courant alternatif pour alimenter en fluide la turbine. 11. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la tension maximale à vide de la batterie (5, 6) est comprise entre 200 et 300V, et de préférence entre 220V et 260V. 12. Turbine comprenant un système d'alimentation selon l'une des revendications précédentes.