Brevet FR3011190A1 — publié le 20150403

Dispositif et procédé de caractérisation du fonctionnement d'un appareil de rétention d'eau L'invention concerne le contrôle de l'efficacité des appareils de rétention d'eau, particulièrement ceux installés ou destinés à être montés en amont de turbines à gaz. Par appareil de rétention d'eau on entend tout organe configuré pour arrêter les gouttelettes d'eau dans un flux d'air traversant ledit 10 appareil. Il s'agit entre autre des coalesceurs, des séparateurs de gouttelettes par inertie, ou des vantelles. Les appareils coalesceurs sont nécessaires dans les environnements à forte concentration d'humidité dans l'air, afin d'enlever l'humidité. Un coalesceur fonctionne en attrapant des petites gouttelettes 15 d'eau dans des fibres. Les particules d'eau ainsi capturées se combinent avec d'autres particules pour former des gouttes d'eau plus grosses. Les coalesceurs sont conçus soit pour permettre aux gouttelettes de s'écouler vers le bas de l'appareil par gravité, soit de manière à ce qu'elles soient libérées dans le courant d'écoulement d'air afin d'être capturées en aval 20 par un séparateur. Dans une turbine, les gouttelettes d'eau contenues dans l'air entrant sont susceptibles d'endommager les aubes du compresseur. On place donc un appareil de rétention d'eau en amont de la turbine pour éviter l'entrée de gouttelettes d'eau dans les étages de compression. 25 Une difficulté vient du fait que l'appareil de rétention d'eau, dont la fonction est d'arrêter les gouttelettes d'eau contenues dans un écoulement d'air, arrête également une partie des particules de poussière contenues dans l'écoulement. Ceci provoque un encrassement de l'appareil et augmente la perte de charge associée. Cette perte de charge 30 peut être à l'origine d'un arrêt de la turbine. Pour pallier cet inconvénient, on s'efforce de choisir un appareil de rétention d'eau de sorte qu'il soit en mesure d'assurer au mieux sa fonction principale, à savoir arrêter les gouttelettes d'eau, tout en capturant le moins possible les particules de poussière. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif et un procédé permettant de caractériser le fonctionnement d'un appareil de rétention d'eau, en particulier en ce qui concerne la rétention de particules de poussière et de gouttelettes d'eau. L'invention a donc pour objet, selon un premier aspect, un dispositif de caractérisation d'un appareil de rétention d'eau, comprenant : - une conduite de test comportant une section de montage de l'appareil de rétention d'eau à tester, - des moyens pour injecter, en amont de la section de montage, un flux d'air chargé de poussières et de gouttelettes d'eau, - des moyens de mesure permettant de déterminer la distribution de tailles de particules de poussières et d'eau, et la quantité d'eau retenues dans ladite section de montage, et - des moyens de calcul recevant la distribution mesurée de poussières et d'eau délivrée par lesdits moyens de mesure pour en déduire un niveau de rétention de poussières et d'eau de l'appareil de rétention d'eau. Ainsi, au moyen d'un tel dispositif, il est possible de caractériser un appareil de rétention d'eau par son niveau de rétention de poussières et d'eau, c'est à dire un ensemble d'informations comprenant la distribution de tailles et la quantité de ces particules retenues par l'appareil. De préférence, les moyens pour injecter dans la section de montage un flux d'air chargé de poussières et de gouttelettes d'eau comprennent un moyen de dispersion de poussières dans l'air, ledit moyen étant placé dans la conduite de test en amont de la section de montage de l'appareil de rétention d'eau. Ainsi le flux d'air dans la conduite peut aisément être chargé en poussières et en gouttelettes d'eau. De plus, la quantité de poussières chargée dans l'appareil de rétention d'eau est directement liée à la quantité de poussières chargée dans le flux d'air. Avantageusement, les moyens pour injecter dans la section de montage un flux d'air chargé de poussières et de gouttelettes d'eau comprennent un dispositif brumisateur placé dans la conduite de test en amont de la section de montage de l'appareil de rétention d'eau. Ainsi le flux d'air en amont de la section de montage de l'appareil de rétention d'eau peut aisément être chargé en gouttelettes d'eau, selon des quantités que l'utilisateur peut contrôler. Dans un mode de mise en oeuvre, les moyens de mesure comprennent un capteur apte à mesurer la distribution de tailles de particules de poussière et d'eau dans la conduite de test. Dans un mode de réalisation, la conduite comprend un premier 10 groupe de drains en amont de la section de montage et un second groupe de drains en aval de la section de montage. Dans une première variante, l'appareil de rétention d'eau à tester est destiné à être placé en position verticale. Dans une deuxième variante, l'appareil de rétention d'eau est 15 destiné à être placé en position horizontale. Dans un mode de réalisation, la conduite de test comprend un filtre d'entrée ou un filtre de sortie ou un filtre d'entrée et un filtre de sortie. De cette manière, l'air entrant et l'air sortant sont dépourvus de 20 particules de poussière. L'invention concerne également, selon un autre aspect, un procédé de caractérisation d'un appareil de rétention d'eau, au moyen d'un dispositif de caractérisation tel que défini précédemment, comprenant les étapes suivantes: 25 - on place l'appareil de rétention d'eau dans la section de montage de la conduite de test, - on soumet l'appareil de rétention d'eau à un flux d'air chargé de particules et de gouttelettes d'eau, - on détermine la distribution de tailles de particules de 30 poussières et de gouttelettes d'eau, et la quantité d'eau retenues dans la section de montage, et - on calcule un niveau de rétention de poussières et d'eau de l'appareil de rétention d'eau. En variante, l'étape consistant à soumettre l'appareil de rétention d'eau à un flux d'air chargé de poussières et de gouttelettes d'eau consiste à soumettre l'appareil à un flux d'air chargé seulement de poussières, ou à un flux d'air chargé seulement de gouttelettes d'eau. Dans un mode de mise en oeuvre, on effectue une pesée dudit appareil avant et après l'étape de soumission au flux d'air, l'étape de calcul comprenant un calcul de la différence entre ces deux mesures de masse pour déterminer la quantité d'eau retenue. L'étape de détermination de la distribution de tailles de 10 particules comprend une mesure en amont et une mesure en aval de l'appareil afin de déterminer la distribution de tailles de particules retenues dans l'appareil. Ainsi on peut déterminer la quantité et la distribution de tailles de particules de poussières et d'eau retenues par l'appareil lors du 15 procédé de caractérisation. D' autres avantages et caractéristiques de l' invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de deux modes de réalisation de l'invention nullement limitatifs, et des dessins annexés, sur lesquels : 20 - la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif de caractérisation d'un appareil de rétention d'eau selon un premier mode de réalisation ; - la figure 2 représente une vue schématique d'un dispositif de caractérisation d'un appareil de rétention d'eau selon un deuxième mode 25 de réalisation ; et - la figure 3 illustre les principales étapes d'un procédé de caractérisation d'un appareil de rétention d'eau selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente de manière schématique une vue en 30 coupe d'un dispositif de caractérisation d'un appareil de rétention d'eau selon un premier mode de réalisation. Le dispositif de caractérisation constitue un banc de test servant ici à caractériser un appareil de rétention d'eau. Dans cet exemple de réalisation, il s'agit de caractériser le fonctionnement d'un appareil coalesceur. Il peut s'agir, de préférence, d'un appareil coalesceur placé en amont d'un compresseur d'une turbine à gaz. On notera toutefois que l'on ne sort pas du cadre de l'invention lorsqu'il s'agit de contrôler l'efficacité de filtrage d'un autre type d'appareil de rétention d'eau. Comme visible sur la figure 1, ce dispositif comprend une conduite de test 10 dans laquelle est entretenu un flux d'air chargé en particules de poussière et en gouttelettes d'eau. Cette conduite est ici en circuit ouvert mais elle pourrait très bien constituer un circuit fermé par recirculation de l'air. Un moyen pour faire circuler l'air, par exemple un ventilateur, est à l'origine du flux d'air. La conduite 10 comprend un filtre d'entrée 11. Ce filtre est destiné, lors du fonctionnement du banc de test, à filtrer l'air entrant dans la conduite afin d'avoir un air propre en amont de la section d' inj ection. En aval du filtre d'entrée 11, se trouve une section de montage 13 pour l'appareil de rétention d'eau à tester. Dans cet exemple, l'appareil coalesceur peut être monté à la verticale. On pourra être amené, sans sortir du cadre de l'invention, à placer l'appareil coalesceur de manière à ce qu'il forme un angle avec la verticale. En particulier, l'appareil coalesceur pourra être amené jusqu'à former un angle avec la verticale de 45°, dans le sens horaire. En aval de la section de montage 13, la conduite 10 comprend un filtre de sortie 14. Sa fonction est de récupérer les particules de poussière non retenues par l'appareil coalesceur. Entre le filtre d'entrée 11 et la section de montage 13, la conduite 10 comporte une buse d'injection ou brumisateur 12, apte à charger de manière homogène le flux d'air d'une quantité souhaitée de particules de poussière et de gouttelettes d'eau. De cette manière, on peut charger le flux d'air traversant l'appareil coalesceur à tester en particules de poussière et en gouttelettes d'eau, selon des quantités souhaitées. Dans cet exemple, la buse d'injection réunit les fonctions de chargement du flux d'air en particules de poussière et du chargement du flux d'air en gouttelettes d'eau. On peut cependant envisager un mode de réalisation comprenant deux buses d'injection, destinées à émettre l'une des particules de poussière, l'autre des gouttelettes d'eau. Le dispositif de caractérisation comprend un premier drain 15 pour récolter l'eau engendrée par l'accumulation des gouttelettes arrêtées par le coalesceur à tester et qui tombent par gravité. Ce drain est situé sur la paroi inférieure de la conduite de test 10, immédiatement avant la section de montage 13. La forme de la conduite de test 10 est ici choisie de manière à favoriser la collecte des gouttelettes d'eau par le drain 15. La conduite 10 comporte à cet égard un alésage immédiatement en amont de la section de montage du coalesceur, formant un angle p avec l'horizontale. La section de la conduite s'élargit ainsi localement vers le bas de manière à favoriser la collecte et l'évacuation des gouttelettes d'eau. Immédiatement en aval de la section 13 de montage, l'alésage se rétrécit, formant un angle a avec l'horizontale. Cette géométrie favorise l'évacuation des gouttelettes par le premier drain 15. Un second drain 16 a pour fonction de récolter l'eau issue des gouttelettes non arrêtées par l'appareil coalesceur et qui tombent par gravité dû au poids propre de gouttelettes. Le drain 16 est également situé sur la paroi inférieure de la conduite de test 10. Au niveau du second drain 16, la forme de la conduite de test 10 est choisie, comme pour le premier drain 15, de manière à favoriser la récolte et l'évacuation des gouttelettes par le drain 16. Les premier et second drains permettent de comparer par différence entre l'amont et l'aval la quantité d'eau retenue dans la section de montage 13. Ils constituent donc des moyens permettant de mesurer la quantité d'eau retenue par l'appareil dans la section de montage. La conduite 10 comprend un moyen de mesure de la distribution de tailles de particules de poussière et d'eau dans le flux d'air à différents endroits. Il s'agit en d'autres termes de déterminer la distribution de tailles des particules de poussière et la distribution de tailles des goutelettes, c'est-à-dire d'une part la distribution de particules de poussière en fonction de la taille, et d'autre part la distribution de gouttelettes en fonction de la taille. Elle comprend un premier capteur 17 situé juste en amont de la section de montage 13, et un second capteur 18 situé juste en aval de celle-ci. De cette manière, il est possible de mesurer la distribution de tailles de particules de poussière et d'eau présentes dans l'air en amont et en aval de l'appareil coalesceur. Ces 5 informations peuvent être traitées par les moyens de calcul pour caractériser la taille des particules retenues par l'appareil coalesceur. Comme indiqué précédemment, un appareil coalesceur est par exemple destiné à être placé en amont du compresseur d'une turbine à gaz. Sa fonction est d'arrêter les gouttelettes d'eau présentes dans le flux 10 d'air avant qu'elles n'entrent et n'endommagent les aubes du compresseur. En plus de retenir l'eau, l'appareil coalesceur peut retenir des particules de poussière. Ce phénomène est nuisible car il peut entrainer une importante perte de charge et l'arrêt de la turbine. L'objectif d'un tel test est donc de caractériser l'efficacité d'un appareil 15 coalesceur dans sa fonction d'arrêter les gouttelettes d'eau en retenant le moins possible les particules de poussière. Il peut donc être un outil d'aide au choix d'un filtre approprié pour être monté dans une installation intégrant une turbine à gaz. La figure 2 représente de manière schématique une vue en 20 coupe d'un dispositif de caractérisation d'un appareil coalesceur selon un second mode de réalisation, dans lequel l'appareil coalesceur est monté de façon horizontale. Comme dans le mode de réalisation décrit en référence à la figure 1, le dispositif comprend une conduite de contrôle 20 servant à 25 mettre en place un flux d'air. La conduite comprend un filtre d'entrée 21, dont la fonction est de s'assurer que le flux d'air en entrée est dépourvu de particules de poussière. La conduite comprend une section de montage 23 pour un 30 appareil coalesceur à tester. Dans ce second mode de réalisation, la section de montage 23 et l'architecture de la conduite 20 sont telles que l'appareil coalesceur à tester est monté en position horizontale. On pourra être amené, sans sortir du cadre de l'invention, à placer l'appareil coalesceur de manière à ce qu'il forme un angle avec l'horizontale. En particulier, l'appareil coalesceur pourra être amené jusqu'à former un angle avec l'horizontale de 45°, dans le sens antihoraire. Elle comprend également un filtre de sortie 24 situé en aval de la section de montage 23 du coalesceur à tester. Sa fonction est de récupérer les particules de poussière ou d'eau retenues par l'appareil coalesceur. Le dispositif comprend une buse d'injection 22. Celle-ci est située en amont de la section de montage 23. Comme dans le mode de réalisation décrit précédemment, sa fonction est d'injecter des particules de poussière et des gouttelettes d'eau dans le flux d'air en amont de la section de montage 23. La conduite 20 comprend un moyen de mesure de la distribution de tailles de particules de poussière et de gouttelettes d'eau dans le flux d'air à différents endroits, similaire au moyen de mesure du mode de réalisation différent. Elle comprend un premier capteur 29 situé juste en amont de la section de montage 23, et un second moyen de mesure 30 situé juste en aval de celle-ci. Le dispositif comprend par ailleurs un premier drain 25 pour récolter l'eau arrêtée par l'appareil coalesceur à tester qui tombe de l'appareil par gravité sous forme de gouttes plus grosses. Ce dernier étant disposé en position horizontale, le drain 25 est placé sur la partie inférieure de la conduite 20, sous la zone 23 de montage de l'appareil coalesceur. La forme de la conduite 20 est choisie de manière à favoriser la collecte et l'évacuation des gouttelettes par le premier drain 25. La conduite 20 comporte à cet égard un alésage juste en amont de la section de montage 23, formant des angles p et a avec l'horizontale. La section de la conduite s'élargit donc localement vers le bas de manière à favoriser l'évacuation des gouttelettes par le premier drain 25. Le dispositif comprend encore un groupe de seconds drains 26, 27 et 28 pour récolter l'eau formée par les gouttelettes non arrêtées par l'appareil coalesceur. Ce dernier étant disposé en position horizontale, les drains 26 et 27 sont situés sur la paroi de la conduite de test 20 de part et d'autre de la section de montage 23 et le drain 28 se trouve en partie supérieure de la conduite 20. La forme de la conduite de test 20 est choisie de manière à favoriser la collecte des gouttelettes d'eau par le second groupe de drains 26, 27 et 28. La conduite 20 adopte à cet égard une forme spécifique de part et d'autre du coalesceur et comprend des chanfreins inclinés par rapport à l'horizontale, selon les angles 'y et y. Sur la figure 3, on a représenté un procédé de caractérisation d'un appareil coalesceur, mis en oeuvre au moyen d'un dispositif de caractérisation selon l'un des modes de réalisation décrits précédemment. Dans une première étape E01, on place l'appareil coalesceur dans la section de montage d'une conduite de test d'un dispositif de caractérisation tel que décrit précédemment. Par exemple, en se référant à la figure 1, le coalesceur est placé dans la section de montage 13 en position verticale, c'est-à-dire perpendiculaire à un flux d'air horizontal. Dans une deuxième étape E02, on soumet l'appareil coalesceur à un flux d'air chargé en gouttelettes d'eau et en particules de poussière. Pour créer le flux d'air, on peut utiliser un ventilateur classique en amont du dispositif pour forcer l'air en entrée du dispositif de test. Le flux d'air se propage dans la conduite, traversant les filtres et l'appareil coalesceur. En se référant à nouveau à la figure 1, le flux d'air passe à proximité de la buse d'injection 12 de particules de poussière et de gouttelettes d'eau. On soumet donc de cette façon l'appareil coalesceur à un flux d'air chargé d'eau et de particules de poussière. Cette étape dure une certaine durée prédéterminée. On pourra par exemple émettre de la poussière de type ASHRAE selon une quantité prédéterminée. Dans une troisième étape E03, on mesure la distribution de tailles de particules de poussière ou de gouttelettes d'eau présentes dans l'air, par des moyens non représentés, à différentes positions dans la conduite de test du dispositif. On peut par exemple mesurer d'une part la distribution en particules de poussière et en gouttelettes d'eau en amont de la section de montage, et d'autre part la distribution en ces mêmes éléments en aval de la section de montage. Dans une quatrième étape E04, on calcule un niveau de rétention de poussières et d'eau par le coalesceur. On peut par exemple comparer les distribution de tailles de particules de poussière et d'eau en amont et en aval de la section de montage de l'appareil coalesceur, et faire de même pour les gouttelettes d'eau. Finalement, il est possible de qualifier un niveau de rétention de poussières et d'eau du coalesceur. En restant dans le cadre de l'invention, lors de la deuxième 5 étape, on peut soumettre l'appareil de rétention d'eau à un flux seulement chargé de particules de poussière, ou à un flux seulement chargé de gouttelettes d'eau. Dans ces cas particuliers, on ne caractérise respectivement que l'efficacité en filtrage de poussières et l'efficacité en filtrage d'eau. 10 On peut ainsi prévoir, tout en restant dans le cadre de l'invention, de mettre en oeuvre un procédé de caractérisation dans lequel on soumet lors de la deuxième étape l'appareil de rétention d'eau à un flux seulement chargé de gouttelettes d'eau puis on soumet l'appareil de rétention d'eau à un flux seulement chargé de particules de poussière. 15 En restant dans le cadre de l'invention, il est possible, par exemple, de mettre en oeuvre un procédé de caractérisation d'un appareil de rétention d'eau au moyen d'un dispositif de caractérisation tel que décrit précédemment comprenant les étapes suivantes : a) on installe l'appareil de rétention d'eau dans la section de 20 montage du dispositif, b) on soumet l'appareil de rétention d'eau à un flux d'air chargé de gouttelettes d'eau, c) on arrête le flux d'air et on collecte des données de mesure, savoir la distribution de tailles des gouttelettes d'eau et la quantité d'eau 25 arrêtée par l'appareil de rétention d'eau, d) on sèche le filtre, e) on répète les étapes b), c) et d), f) on envoie des particules de poussières dans l'appareil de rétention d'eau, 30 g) on arrête l'envoi de poussière, h) on répète l'étape e), i) on arrête l'envoi de gouttelettes d'eau et on envoie des particules de poussières dans l'appareil de rétention d'eau, j) on répète l'étape e), k) on arrête l'envoi de gouttelettes d'eau et on envoie des particules de poussières de manière à charger l'appareil de rétention d'eau à 250 Pa, et 1) on répète les étapes a) à e). Ainsi, grâce au dispositif de caractérisation qui vient d'être décrit, comprenant une conduite de test, une buse d'injection de particules de poussière et de gouttelettes d'eau, il est possible de qualifier l'efficacité de filtrage d'eau et de poussières d'un appareil de rétention d'eau en vue de son utilisation, par exemple en amont d'un compresseur de turbine de centrale électrique. REVENDICATIONS1. Dispositif de caractérisation d'un d'eau, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite de test (10,20) comportant une section montage (13, 23) de l'appareil de rétention d eau à tester, des moyens (12, 22) pour injecter, en amont de la section montage-, un flux d'air chargé de poussières et de gouttelettes d'eau. - des moyens de mesure permettant de déterminer la distribution de failles de particules de poussières et d'eau, et la quantité d'eau retenues dans ladite section de montage, et - des moyens de calcul recevant ta distribution mesurée de poussières et d'eau délivrée par lesdits moyens de mesure pour en déduire un niveau d rétention de poussières et d'eau par l'appareil de rétention d'eau. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens pour injecter dans la section de montage un flux d'air chargé de poussières et de gouttelettes d'eau comprennent un moyen de dispersion de poussières (12, 22) dans l'air, ledit moyen étant placé dans la conduite de test (10, 20) en amont de la section de montage (13, 23) de l'appareil de rétention d'eau. 3. Dispositif selon l une des revendications I et 2 dans lequel rétention appareil les moyens pour injecter dans la section de montage un flux d'air chargé de poussières et de gouttelettes d'eau comprennent un dispositif brumisateur (12, 22) placé dans ladite conduite (10, 20) en amont 4. Dispositif selon l'une quelconque des ri.'.vendicaticeris 1 lequel les moyens de mesure comprennent un capteur (17, 18, 29, 30) apte à mesurer la distribution de tailles de particules de poussière et 30 d'eau dans la conduite de test (10. 20). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la conduite comprend un premier groupe de drains (15 25) en amont de la section de montage et un second groupe de drains (16, 26, 27, 28) en aval de la section de montage. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'appareil de rétention d'eau à tester est destiné à être placé en position verticale. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'appareil de rétention d'eau 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications i à 7 caractérisé en ce que la conduite de test comprend un filtre d'entrée (I L 21) ou un filtre de sortie (14, 24) ou un filtre d'entrée et un filtre de sortie. 9, Procédé de caractérisation d'un appareil de rétention d'eau, au moyen d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 8, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - on place l'appareil de rétention d'eau dans la section montage de la conduite de test (10, 20), on soumet l'appareil de rétention d'eau à un flux d'air chargé de particules et de 2outtelettes d'eau, on détermine la distribution de tailles de particules de poussières et de gouttelettes d'eau, et la quantité d'eau retenues dans la section de montage, et on calcule un niveau de. rétention de poussières et d'eau l'appareil de rétention d'eau. 10.Procédé de caractérisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape consistant soumettre l'appareil de rétention d'eau à un flux d'air chargé de poussières et de gouttelettes d'eau consiste à soumettre l'appareil à un flux d'air chargé seulement de poussières, ou à un flux d'air chargé seulement de gouttelettes d'eau. 1.1:, de caractérisation selon l'une des revendications 9 et 10, comprenant une pesée dudit appareil avant et après l'étape de soumission au flux d'air, l'étape de calcul comprenant un calcul de la différence entre ces deux mesures de niasse pour déterminer la quantité d'eau retenue.