Brevet FR3054605A1 — publié le 20180202

PROCEDE ET SYSTEME DE SURVEI LLANCE DU TAUX D'ENCRASSEMENT D'UN FI LTRE DE TURBI NE A GAZ L'invention concerne un procédé et un système de surveillance du taux 5 d'encrassement d'un filtre d'une turbine à gaz. Les turbines à gaz stationnaires et aérodérivatives comprennent typiquement un compresseur et, en aval, une turbine de détente qui sont tous deux reliés par une chambre à combustion. La chambre à combustion extrait l'énergie chimique du combustible pour augmenter l'énergie cinétique du fluide 10 de travail (air). Ce fluide est injecté dans les étages de la turbine où son énergie cinétique est convertie en énergie mécanique pour entrainer, par exemple, un alternateur. En aval de la turbine de détente est prévu un système d'échappement de gaz chauds vers l'atmosphère ou vers une chaudière de récupération. En 15 amont du compresseur un système d'admission est nécessaire. Ce système d'admission comprend notamment un ou plusieurs filtres permettant de filtrer les particules présentes dans l'air ambiant et qui peuvent encrasser ou endommager le compresseur. Ce système d'admission peut également comprendre un ou plusieurs dispositifs d'atténuation du bruit provenant du 20 compresseur. Un filtre encrassé diminue le rendement de la turbine et peut, dans certaines conditions, créer une implosion du canal d'entrée du compresseur. Pour remédier à ce problème on installe sur le filtre ou sur chaque élément filtrant un ou des capteurs analogiques (ou des pressostats) en pression 25 différentielle qui permettent de surveiller la pression en amont et en aval du ou des filtres. Ces capteurs (ou pressostats) sont programmés pour déclencher une alarme et/ou une protection si la valeur de pression différentielle à travers le filtre (OP) atteint un seuil prédéterminé. La pression différentielle est fonction de la vitesse de l'air (V) en entrée 30 du compresseur qui, dans le cas d'une turbine à gaz, est fonction de la charge, des caractéristiques du compresseur ainsi que de paramètres de régulation de conditions d'air en entrée du compresseur tels que le débit et la température. La fonction reliant la vitesse à la pression différentielle est la suivante : OP= C x V2, (Eq. 1) 3054605 2 où C est le coefficient de résistance du circuit compris entre la prise de pression amont et la prise de pression aval comprenant le filtre dans le système d'admission d'air en amont du compresseur. Ainsi la valeur de C dépend de l'encrassement du filtre, lequel peut évoluer dans le temps. La valeur de C est connue pour un filtre neuf. Toutefois, cette valeur change et évolue dans le temps selon le fonctionnement de la turbine à gaz et en fonction des conditions climatiques. Le filtre oppose une résistance à l'écoulement de l'air qui le traverse et, au fur et à mesure de son utilisation, le filtre s'encrasse. Son colmatage progressif augmente sa perte de charge, ce qui réduit le débit d'air traversant le filtre, mais augmente aussi son efficacité, car le pouvoir filtrant augment. La durée de vie d'un filtre est fonction de sa perte de charge maximum admissible (ou perte de charge limite). Par exemple on peut fixer une perte de charge limite avant le remplacement du filtre qui est de 10%. La mesure de la perte de charge limite est par exemple réalisée par un manomètre différentiel ou un pressostat. Ainsi, pour un filtre encrassé, le paramètre C=Cmax peut être calculé car la vitesse de l'air Vi et la pression différentielle APmax sont connues. La pression différentielle est mesurée par un ou des capteurs de pression 20 disposés en amont et en aval du filtre. La valeur de C = CO pour un filtre neuf est donnée par le fabricant du filtre. Cependant, lors du fonctionnement de la turbine à gaz, la vitesse de l'air dépend de plusieurs paramètres, à savoir la vitesse de la machine et de 25 paramètres tels que le degré d'ouverture d'aubes variable à l'entrée du compresseur (système connu sous le terme IGV pour Inlet Guide Vanes en terminologie anglo-saxonne) et le pourcentage d'introduction d'air chaud prélevé du compresseur (système connu sous le terme IBH pour Inlet Bleed Heating en terminologie anglo-saxonne) et qui est nécessaire lors de l'utilisation 30 d'angles réduits d'/GVafin de protéger le compresseur en soulageant la pression de refoulement et en augmentant la température du courant d'air d'admission. Lorsque la turbine fonctionne à charge partielle la vitesse de l'air dans le filtre est réduite (vitesse V2, avec V2 REVENDICATIONS1. Procédé de surveillance du taux d'encrassement d'un filtre placé sur l'admission d'air d'une turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : -détermination d'un coefficient courant Cc de résistance du filtre, le coefficient Cc satisfaisant à l'équation ÊP= Cc V2, où AP représente la perte de charge à laquelle est soumis l'écoulement d'air traversant le filtre et V représente la vitesse de cet écoulement d'air en amont du compresseur, le coefficient courant Cc de résistance du filtre étant représentatif du taux d'encrassement courant du filtre, -comparaison entre, d'une part, le taux d'encrassement dCc/dt courant du filtre identifié par le coefficient courant Cc de résistance du filtre et, d'autre part, une pluralité de profils de taux d'encrassement chacun pour un coefficient de résistance C et pour une vitesse d'écoulement d'air V différents, un seuil prédéterminé représentant un taux d'encrassement limite du filtre Cmax étant défini pour chacun des profils de taux d'encrassement du filtre de telle manière que .8,Pmax = Cmax V2 -et, en fonction du résultat de la comparaison, détermination quant à savoir si le taux d'encrassement courant du filtre est inférieur ou supérieur au taux d'encrassement limite ou normal du filtre pour la vitesse considérée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le taux d'encrassement courant du filtre est comparé avec au moins certains des seuils prédéterminés qui représentent chacun un taux d'encrassement limite du filtre pour un couple de valeurs (C, V) différent d'un profil à l'autre. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préalable de détermination de la pluralité de profils d'encrassement du filtre avec, pour chacun des profils, le seuil prédéterminé définissant un taux d'encrassement limite du filtre pour un couple de valeurs (C, V) donné. 3054605 13 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pluralité de profils d'encrassement du filtre forme une cartographie de profils d'encrassement. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'étape 5 de détermination du coefficient courant Cc de résistance du filtre est effectuée en mesurant la perte de charge courante APc à travers le filtre et en déterminant la vitesse courante de l'écoulement d'air Vc. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la vitesse courante de l'écoulement d'air Vc est déterminée à partir de la section transversale 10 A du filtre offerte à l'écoulement d'air et du débit volumique d'air Q au compresseur. 7. Système de surveillance du taux d'encrassement d'un filtre sur l'admission d'air d'une turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend un contrôleur qui est configuré pour : 15 -déterminer un coefficient courant Cc de résistance du filtre, le coefficient Cc satisfaisant à l'équation OP= CcV2, où AP représente la perte de charge à laquelle est soumis l'écoulement d'air traversant le filtre et V représente la vitesse de cet écoulement d'air, le coefficient courant Cc de résistance du filtre étant représentatif du taux d'encrassement courant du filtre, 20 -comparer entre, d'une part, le taux d'encrassement courant du filtre identifié par le coefficient courant Cc de résistance du filtre et, d'autre part, une pluralité de profils d'encrassement du filtre qui sont définis chacun pour un coefficient de résistance C et pour une vitesse d'écoulement d'air V différents, un seuil prédéterminé représentant un 25 taux d'encrassement limite du filtre Cr"), étant défini pour chacun des profils d'encrassement du filtre de telle manière que APmax = Cmax V2 , -et déterminer si le taux d'encrassement courant du filtre est inférieur ou supérieur par rapport au taux d'encrassement limite du filtre pour la vitesse considérée 30 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le contrôleur est également configuré pour stocker les différentes données définissant la 3054605 14 pluralité de profils d'encrassement du filtre ainsi que les données de vitesse courante, de perte de charge courante, de section transversale du filtre offerte à l'écoulement d'air, de vitesse de la turbine, du degré d'ouverture des aubes variables à l'entrée du compresseur (IGV) pour 5 corriger la vitesse de la turbine et, éventuellement, du pourcentage d'air chaud prélevé au compresseur (IBH) utilisé en combinaison avec l'ouverture des aubes variables à l'entrée du compresseur. 9. Turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend un système de surveillance du taux d'encrassement d'un filtre sur l'admission d'air de la 10 turbine à gaz selon la revendication 7 ou 8.