Brevet FR3011578A1 — publié le 20150410

SYSTEME DE VENTILATION POUR MACHINE TOURNANTE La présente invention concerne de façon générale un système de 5 ventilation pour machine tournante ou ses équipements auxiliaires, et notamment pour une machine tournante de type turbine à gaz. Elle a également pour objet un procédé mettant en oeuvre le système de ventilation. Une machine tournante de type turbine à gaz est généralement associée à plusieurs équipements, comme par exemple des modules auxiliaires 10 nécessaires à son fonctionnement. Parmi ces modules auxiliaires on trouve typiquement un module de régulation de l'alimentation de la turbine en combustible gazeux, un module d'injection d'eau assurant l'injection d'eau dans les chambres de combustion pour réduire les émissions d'oxyde d'azote (NO), et des modules tels qu'un module d'huile de lubrification 15 permettant l'alimentation en huile des paliers de la turbine à gaz ou un module fioul permettant l'alimentation de la turbine en combustible liquide. La turbine à gaz et ses divers équipements auxiliaires sont disposés chacun dans une enceinte permettant d'assurer la protection des composants (pompes, vannes, etc.) vis-à-vis de l'environnement externe (pluie, poussière, 20 chaleur, vent, etc.), d'assurer l'atténuation du bruit généré par ces composants, et d'assurer la protection des opérateurs en cas d'incendie ou d'explosion. La présence d'éléments de régulation électronique et de capteurs dans ces enceintes pose un problème particulier en cas de températures élevées, 25 notamment lorsque la température environnante dépasse la température admissible pour ces éléments. En effet, la chaleur dégagée à l'intérieur de ces enceintes peut atteindre ces équipements soit par convection soit par rayonnement. On utilise ainsi un système de ventilation permettant d'évacuer la chaleur dégagée par la turbine à gaz et par les divers équipements 30 auxiliaires. Le système de ventilation permet en outre de diluer les fuites de gaz admissibles dégagées par les brides du système d'alimentation en gaz de la turbine à gaz, évitant ainsi les risques d'explosion. Le système de ventilation comprend typiquement un système de détection de fuites de gaz, qui est par exemple installé dans le conduit de sortie de l'air de ventilation, afin de vérifier que les fuites de gaz ne dépassent pas les fuites de gaz admissibles et d'éviter ainsi les risques d'explosion. Le système de ventilation doit produire constamment un débit de ventilation minimum afin que le système de détection des fuites de gaz installé dans le conduit d'air de sortie puisse fonctionner et détecter les éventuelles fuites de gaz. Il est ainsi nécessaire que notamment l'enceinte de la turbine à gaz et l'enceinte du module de régulation de l'alimentation en combustible gazeux soient constamment ventilées lorsqu'il y a présence de combustible gazeux dans le circuit afin d'assurer la dilution et la détection des fuites de gaz admissibles. Un système de ventilation 1 de l'état de la technique est illustré à la figure 1. Le système comprend une enceinte 10, à l'intérieur de laquelle se trouve la machine tournante ou un de ses équipements auxiliaires. L'enceinte 10 est reliée à un conduit d'entrée d'air 11 et à au moins un conduit de sortie d'air 13. Un circuit de ventilation 12 à l'intérieur de l'enceinte 10 assure une distribution efficace du flux d'air autour des équipements internes évitant de créer des zones à faible vitesse d'air dites « zones mortes » et assure surtout une évacuation efficace des éventuelles fuites de gaz. Un ventilateur 15 placé à l'intérieur du circuit de sortie d'air 13 est entraîné en rotation par un moteur électrique 14 alimenté en électricité par un réseau électrique 20. Le ventilateur 15 est de façon générale un organe permettant de mettre en mouvement un fluide et de créer une dépression dans l'enceinte 10, forçant le passage de l'air et les éventuelles fuites de gaz par le ou les conduit de sortie 13. Des capteurs de détection de gaz (non représentés) sont placés à l'intérieur de ce(s) conduit(s) de sortie d'air 13 et permettent de mesurer la concentration du gaz dans le flux d'air en sortie de l'enceinte 10. Le débit de ventilation entrant dans les enceintes 10 est couramment contrôlé à l'aide de moyens mécaniques comme par exemple : - des capteurs 19 de vitesse de l'air dans les conduits d'entrées ou de sortie d'air du système de ventilation (figure 1), - des capteurs de pression 16 mesurant la différence de pression entre l'intérieur du conduit de sortie d'air 13 de ventilation et l'atmosphère, via par 5 exemple une connexion 16a reliant le capteur 16 à l'entrée du ventilateur 15 (figure 2), - des capteurs de pression 16 mesurant la différence de pression aux bornes du ventilateur 15 entre l'entrée et la sortie du ventilateur 15, via par exemple une connexion 16a reliant le capteur 16 à l'entrée du ventilateur 15 10 et une connexion 16b reliant le capteur 16 à la sorite du ventilateur 15 (figure 3). Un défaut de mesure induit par exemple par un changement brusque de la vitesse de l'air à l'entrée du circuit de ventilation peut avoir comme conséquence l'arrêt intempestif de la turbine à gaz. Il est dans ce cas 15 nécessaire de prévoir une temporisation associée à la mesure qui dans tous les cas ne pourra excéder quelques secondes afin de ne pas exposer la turbine à gaz au risque d'explosion en cas d'une fuite de gaz. Les perturbations climatiques telles que le vent peuvent perturber les mesures du débit d'air du circuit de ventilation. Le vent produit des effets 20 locaux sur les entrées d'air ou sur les sorties du circuit d'air du système de ventilation et perturbe les mesures des capteurs de vitesse d'air ou de pression. Il est connu d'installer des écrans ou des dispositifs de protection contre les effets du vent sur les entrées ou sur les sorties du circuit de 25 ventilation. Mais ces dispositifs ne sont pas toujours possibles ou suffisants. Les perturbations climatiques peuvent provoquer des arrêts intempestifs de la turbine à gaz par détection d'un faible débit d'air, par exemple en cas de fortes variations dans la vitesse et la direction du vent. La temporisation de quelques secondes du système de contrôle du 30 débit d'air n'est pas toujours suffisante pour éviter une détection intempestive de faible débit d'air. En outre, cette temporisation ne peut pas être augmentée au risque de ne plus protéger efficacement contre les risques d'explosion. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. Elle propose en particulier un système de ventilation fiable pour machine tournante, le système permettant d'éviter un arrêt intempestif de la ventilation lorsque le débit d'air mesuré en entrée ou en sortie du circuit de ventilation est trop faible suite à une perturbation climatique. L'invention a ainsi pour objet un système de ventilation pour enceinte de machine tournante ou d'un des ses équipements auxiliaires, le système comprenant : - une enceinte à l'intérieur de laquelle est disposé un circuit d'acheminement d'air, ledit circuit d'acheminement d'air étant relié à un 10 conduit d'entrée d'air et à un conduit de sortie d'air situés tous les deux à l'extérieur de l'enceinte, - un ventilateur placé dans le conduit de sortie d'air, notamment apte à créer une dépression dans l'enceinte et à forcer dans le conduit de sortie d'air un passage d'air et d'éventuelles fuites de gaz, le ventilateur étant 15 entraîné par un moteur, - des premiers moyens de mesure aptes à mesurer mécaniquement la vitesse de l'air dans le conduit d'entrée d'air et/ou dans le conduit de sortie d'air. Le système de ventilation selon l'invention comprend en outre des 20 deuxièmes moyens de mesure aptes à mesurer la vitesse de l'air dans le conduit de sortie d'air en fonction de données électriques relatives au moteur du ventilateur, et notamment proportionnelles à la vitesse de l'air dans le conduit de sortie d'air. Ainsi, les deuxièmes moyens de mesure permettent une double 25 vérification de la mesure de la vitesse de l'air, la mesure électrique proportionnelle au taux de fonctionnement du ventilateur (et donc à la vitesse de l'air dans le conduit de sortie d'air) n'étant pas affectée par les perturbations climatiques. Le système peut comprendre des moyens de contrôle aptes à indiquer 30 qu'une valeur seuil minimale de la vitesse de l'air est atteinte si la vitesse mesurée par les premiers moyens de mesure est inférieure ou égale à une valeur seuil et que la vitesse estimée par les deuxièmes moyens de mesure est inférieure ou égale à une valeur seuil. Les premiers moyens de mesure peuvent être choisis parmi des capteurs de vitesse de l'air dans le conduit d'entrée d'air ou dans le conduit de sortie d'air, des capteurs de pression mesurant la différence de pression entre l'intérieur du conduit de sortie d'air et l'atmosphère, et des capteurs de pression mesurant la différence de pression aux bornes du ventilateur entre l'entrée et la sortie du ventilateur. Les deuxièmes moyens de mesure peuvent être aptes à mesurer la vitesse de l'air dans le conduit de sortie d'air en fonction de la puissance électrique fournie au moteur du ventilateur et/ou de l'intensité du courant 10 électrique d'alimentation du moteur du ventilateur. Le système peut comprendre en outre un moyen de détection de fuites de gaz dans le conduit de sortie d'air. Les premiers moyens de mesure peuvent comprendre un anémomètre à hélice ou à fils chaud destiné à mesurer la vitesse de l'air dans le conduit 15 d'entrée d'air. Les deuxièmes moyens de mesure peuvent comprendre un shunt ou un capteur de courant à effet Hall, destiné à mesurer l'intensité du courant électrique d'alimentation du moteur du ventilateur. L'alimentation du moteur peut être produite directement par une 20 source de tension alternative. L'alimentation du moteur peut également être produite indirectement par un variateur de fréquence connecté à une source de tension alternative. L'alimentation du moteur peut aussi être produite indirectement par un variateur de fréquence connecté à une source de tension continue en cas de perte de la source de tension alternative. 25 La puissance électrique consommée par le moteur lorsqu'il est alimenté indirectement par un variateur de fréquence peut être délivrée par un réseau électrique de secours de tension continue lié au variateur de fréquence. Les premiers moyens de mesure peuvent comprendre un moyen de mesure de pression de type pressostat ou transmetteur de pression entre le 30 conduit de sortie d'air et l'atmosphère à l'aide d'une connexion ou entre l'entrée et la sortie du ventilateur à l'aide de deux connexion. L'invention a également pour objet un procédé mettant en oeuvre un système de ventilation décrit ci-dessus. Le procédé comprend : - une étape de mesure mécanique de la vitesse de l'air dans le conduit d'entrée d'air et/ou dans le conduit de sortie d'air à l'aide des premiers moyens de mesure, - une étape de mesure électrique de la vitesse de l'air dans le conduit de sortie d'air à l'aide des deuxièmes moyens de mesure, et - une étape d'indication que la vitesse de l'air dans le système a atteint un niveau seuil critique si la vitesse de l'air mesurée mécaniquement et la vitesse de l'air mesurée électriquement sont toutes les deux inférieures à une 10 valeur seuil prédéterminée. L'étape de mesure mécanique peut être réalisée à l'aide d'un moyen de mesure de la vitesse de l'air dans le conduit d'entrée d'air ou d'un moyen de mesure de pression dans le conduit de sortie d'air. L'étape de mesure électrique peut être réalisée à l'aide d'un moyen de 15 mesure de la puissance électrique fournie au moteur du ventilateur, ou d'un moyen de mesure de l'intensité du courant électrique d'alimentation du moteur du ventilateur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à 20 titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - Les figures 1 à 3, déjà décrites, illustrent différents systèmes de ventilation de l'état de la technique, - la figure 4 illustre un système de ventilation selon l'invention, 25 conformément à un premier mode de réalisation, - la figure 5 illustre un système de ventilation selon l'invention, conformément à un deuxième mode de réalisation, - la figure 6 illustre un système de ventilation selon l'invention, conformément à un troisième mode de réalisation, et 30 - la figure 7 illustre un système de ventilation selon l'invention, conformément à un quatrième mode de réalisation. Un système de ventilation 1 selon l'invention est illustré à la figure 4, sur laquelle les éléments identiques à ceux des éléments des figures 1 à 3 portent les mêmes références. La puissance mécanique utile fournie par le moteur 14 sur son arbre 5 de sortie s'exprime par la relation électrique suivante : P*U*1*cosO*ri1 où : U désigne la tension électrique en volt, I désigne le courant de ligne en ampère, 10 (1) désigne le déphasage entre la tension et le courant de ligne et cos 0 le facteur de puissance. n1 désigne le rendement du moteur. Le moteur 14 est caractérisé par la puissance mécanique nominale Pn qu'il est capable de fournir à une température ambiante de 40°C. De même, le 15 moteur 14 est également caractérisé par son courant nominal In qui est le courant de ligne lorsque le moteur délivre la puissance mécanique nominale Pn. La puissance mécanique nominale à 40°C et le courant nominal sont indiqués sur la plaque signalétique du moteur par le constructeur. La puissance mécanique P nécessaire pour entrainer la roue du 20 ventilateur 15 et produire la pression et le débit d'air dans le circuit de ventilation composé des circuits 11, 12 et 13 s'exprime par la relation mécanique suivante : 4p*Qv P 172 Où Ap désigne la différence de pression totale en pascal entre l'entrée 25 et la sortie du ventilateur, Qv désigne le débit d'air du ventilateur en m3/s, n2 désigne le rendement du ventilateur. La puissance mécanique utile fournie par le moteur 14 sur son arbre de sortie est égale à la puissance mécanique nécessaire pour entrainer la roue 30 du ventilateur 15 et produire la pression et le débit d'air dans le système de ventilation 10 composé des circuits 11, 12 et 13. La puissance mécanique et le débit d'air du système de ventilation 1 sont liés par les relations précédentes. Une faible puissance sera l'image d'un faible débit de ventilation. Il est également possible de contrôler le débit de ventilation à l'aide de 5 la puissance électrique fournie au moteur 14 au lieu de la puissance mécanique, la puissance électrique s'exprime par la relation suivante : 13=-Nli*U*I*cos0 où : U désigne la tension électrique en Volt, 10 I désigne le courant de ligne en Ampère, (1) désigne le déphasage entre la tension et le courant de ligne et cos 0 le facteur de puissance. On pourra encore contrôler plus simplement le débit de ventilation directement à l'aide du courant de ligne I étant donné que la puissance 15 électrique est proportionnelle à ce courant de ligne I suivant la relation donnée précédemment. Conformément au mode de réalisation illustré à la figure 4, on associe au moyen 19 mesurant le débit d'air dans le circuit d'entrée 11 un moyen 17 mesurant le courant électrique dans la connexion électrique 23, la 20 connexion 23 alimentant par exemple le moteur 14 de manière directe par un réseau électrique 20 ayant une tension alternative. Conformément au mode de réalisation illustré à la figure 5, on associe au moyen 16 mesurant la pression à l'intérieur du conduit de sortie d'air de ventilation un moyen 17 mesurant le courant électrique dans la connexion 25 électrique 23, la connexion 23 alimentant par exemple le moteur 14 de manière directe par un réseau électrique 20 ayant une tension alternative. La mesure de pression à l'intérieur du conduit de sortie d'air 13 est représentée entre l'entrée et la sortie du ventilateur 15, elle pourrait également être réalisée entre l'intérieur du conduit de sortie d'air et l'atmosphère comme 30 illustré en figure 2. Conformément au mode de réalisation illustré à la figure 6, on associe au moyen 19 mesurant le débit d'air dans le circuit d'entrée 11 un moyen 22 mesurant la puissance électrique et disposé sur le variateur de fréquence 21 qui alimente par exemple le moteur 14 de manière indirecte par un réseau électrique 20 ayant une tension alternative ou par un réseau électrique de secours 24 ayant une tension continue. Lorsque le moteur 14 est alimenté indirectement à l'aide d'un variateur de puissance 21, on préfèrera utiliser la mesure de puissance qui est disposée sur le variateur de fréquence. Conformément au mode de réalisation illustré à la figure 7, on associe au moyen 16 mesurant la pression à l'intérieur du conduit de sortie d'air 13 de ventilation un moyen 22 mesurant la puissance électrique et disposé sur le variateur de fréquence 21 alimentant par exemple le moteur 14 de manière indirecte par un réseau électrique 20 ayant une tension alternative ou par un réseau électrique de secours 24 ayant une tension continue. La mesure de pression à l'intérieur du conduit de sortie d'air 13 est représentée entre l'entrée et la sortie du ventilateur 15, elle pourrait également être réalisée entre l'intérieur du conduit de sortie d'air 13 et l'atmosphère comme illustré en figure 2. Lorsque le moteur 14 est alimenté indirectement à l'aide d'un variateur de puissance 21 on préfèrera utiliser la mesure de puissance qui est disposée sur le variateur de fréquence. Le système de ventilation 1 de l'invention permet ainsi de doubler et confirmer la mesure du capteur de vitesse d'air 19 ou la mesure du capteur de pression 16, en combinant par exemple l'une de ces deux mesures mécaniques avec la mesure de courant du capteur 17 dans la connexion 23 ou la mesure de puissance du capteur 22 disponible sur le variateur de fréquence 21 telle que décrite précédemment. Ainsi la mesure du courant 17 dans la connexion 23 ou la mesure de puissance 22 disponible sur le variateur de fréquence 21 n'est pas perturbée par les conditions climatiques dans le conduit d'entrée d'air 11 ou le conduit de sortie d'air 13 et peut garantir un fonctionnement pérennisé du système de ventilation 10 en cas de perturbations atmosphériques produites par le vent. Le système de ventilation 1 de l'invention peut aussi utiliser simultanément la mesure à l'aide du capteur de vitesse d'air 19 et la mesure à l'aide du capteur de pression 16. On pourra combiner ensemble ces deux mesures mécaniques avec la mesure de courant du capteur 17 dans la connexion 23 ou la mesure de puissance du capteur 22 disponible sur le variateur de fréquence 21. Ainsi un procédé de surveillance du débit d'air dans le système de ventilation 1 selon n'importe quel mode de réalisation peut être basé sur la 5 logique suivante : - Condition (A) : on mesure de la vitesse de l'air à l'aide d'un moyen 19 à l'entrée d'air 11 du circuit du système de ventilation 1 et/ou de la pression à l'aide d'un moyen 16 à la sortie d'air 13 du circuit du système de ventilation 1, la pression pouvant être mesurée entre le conduit 13 et 10 l'atmosphère à l'aide de la connexion 16a ou entre l'entrée et la sortie du ventilateur 15 à l'aide des connexions 16a et 16b. Si l'une ou l'autre des mesures est inférieure à une valeur minimum alors on valide la condition A = 1 à l'aide du contrôleur du système de ventilation 10. 15 - Condition (B) : on mesure l'intensité du courant électrique à l'aide du moyen 17 dans la connexion 23 ou la puissance électrique à l'aide du moyen 22 sur le variateur de fréquence. Si l'une ou l'autre des mesures est inférieure à une valeur minimum alors on valide la condition B = 1 à l'aide du contrôleur du système de 20 ventilation 10. - Conditions (A) et (B) : Si le contrôleur du système de ventilation 10 vérifie la double condition A=1 et B=1, si cette double condition est vraie alors on valide la détection d'un débit d'air faible. Ce procédé permet d'éviter les problèmes énoncés précédemment. REVENDICATIONS1. Système de ventilation (1) pour enceinte (10) de machine tournante ou d'un des ses équipements auxiliaires, le système (1) comprenant : - une enceinte (10) à l'intérieur de laquelle est disposé un circuit 5 d'acheminement d'air (12), ledit circuit d'acheminement d'air (12) étant relié à un conduit d'entrée d'air (11) et à un conduit de sortie d'air (13) situés tous les deux à l'extérieur de l'enceinte (10), - un ventilateur (15) placé dans le conduit de sortie d'air (13), le ventilateur (15) étant entraîné par un moteur (14), 10 - des premiers moyens de mesure (19,16) aptes à mesurer mécaniquement la vitesse de l'air dans le conduit d'entrée d'air (11) et/ou dans le conduit de sortie d'air (13), le système de ventilation (1) étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre des deuxièmes moyens de mesure (17,22) aptes à mesurer la vitesse de 15 l'air dans le conduit de sortie d'air (13) en fonction de données électriques relatives au moteur (14) du ventilateur (15). 2. Système (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de contrôle aptes à indiquer qu'une valeur seuil minimale de la vitesse d'air est atteinte si la vitesse mesurée par les premiers 20 moyens de mesure (19,16) est inférieure ou égale à une valeur seuil et que la vitesse estimée par les deuxièmes moyens de mesure (17,22) est inférieure ou égale à une valeur seuil. 3. Système (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les premiers moyens de mesure (19,16) sont choisis parmi des capteurs (19) 25 de vitesse de l'air dans le conduit d'entrée d'air (11) ou dans le conduit de sortie d'air (13), des capteurs de pression (16) mesurant la différence de pression entre l'intérieur du conduit de sortie d'air et l'atmosphère, et des capteurs de pression (16) mesurant la différence de pression aux bornes du ventilateur (15) entre l'entrée et la sortie du ventilateur (15). 30 4. Système (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deuxièmes moyens (17,22) de mesure sont aptes à mesurer la vitessede l'air dans le conduit de sortie d'air (13) en fonction de la puissance électrique fournie au moteur (14) du ventilateur (15) et/ou de l'intensité du courant électrique d'alimentation du moteur (14) du ventilateur (15). 5. Système (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce 5 qu'il comprend en outre un moyen de détection de fuites de gaz dans le conduit de sortie d'air (13). 6. Système (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les premiers moyens de mesure (19,16) comprennent un anémomètre à hélice ou à fils chaud destiné à mesurer la vitesse de l'air dans le conduit 10 d'entrée d'air (11). 7. Système (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les deuxièmes moyens de mesure (17,22) comprennent un shunt ou un capteur de courant à effet Hall, destiné à mesurer l'intensité du courant électrique d'alimentation du moteur (14) du ventilateur (15). 15 8. Procédé mettant en oeuvre un système de ventilation (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape de mesure mécanique de la vitesse de l'air dans le conduit d'entrée d'air (11) et/ou dans le conduit de sortie d'air (13) à l'aide des premiers moyens de mesure (19,16), 20 - une étape de mesure électrique de la vitesse de l'air dans le conduit de sortie d'air (13) à l'aide des deuxièmes moyens de mesure (17,22), et - une étape d'indication que la vitesse de l'air dans le système (1) a atteint un niveau seuil critique si la vitesse de l'air mesurée mécaniquement et la vitesse de l'air mesurée électriquement sont toutes les deux inférieures à 25 une valeur seuil prédéterminée. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape de mesure mécanique est réalisée à l'aide d'un moyen (19) de mesure de la vitesse de l'air dans le conduit d'entrée d'air (11) ou d'un moyen (16) de mesure de pression dans le conduit de sortie d'air (13). 30 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l'étape de mesure électrique est réalisée à l'aide d'un moyen (19) de mesure de la puissance électrique fournie au moteur (14) du ventilateur (14), ou d'unmoyen de mesure de l'intensité du courant électrique d'alimentation du moteur (14) du ventilateur (15).