Brevet FR3086322A1 — publié le 20200327

Description Titre de l'invention : Système d'alimentation de système d'étanchéité de turbomachine et turbomachine dotée d'un système d'étanchéité et d'alimentation [0001] La présente invention concerne un système d'alimentation de système d'étanchéité de turbomachine. La présente invention concerne en outre une turbomachine dotée d'un système d'étanchéité et dotée d'un système d'alimentation. [0002] Dans les turbomachines, telles que les turbocompresseurs, les systèmes d'étanchéité sont utilisés pour étanchéifier un rotor de la turbomachine par rapport à un stator de la turbomachine, ces systèmes pouvant comprendre des joints à gaz secs et des joints à film d'huile. Un joint à gaz sec de turbomachine est ainsi exposé de façon connue dans le document 2 977 563 Al. Le gaz d'étanchéité peut être amené à un interstice d'étanchéité à étanchéifier via un alésage prévu dans le stator et via un espace prévu pour le gaz fourni par le joint à gaz sec. [0003] Typiquement, un système d'étanchéité de turbomachine qui sert à étanchéifier un rotor par rapport à un stator comprend au moins deux sous-systèmes d'étanchéité agissant sur les extrémités opposées d'un arbre du rotor. De multiples joints peuvent être utilisés dans la région de chaque sous-système d'étanchéité, par exemple des joints à gaz secs, des joints labyrinthes et des joints à garniture de piston. [0004] Les sous-systèmes d'étanchéité de système d'étanchéité de turbomachine doivent être alimentés en gaz d'étanchéité. Un système d'alimentation sert à amener du gaz d'étanchéité aux joints des sous-systèmes d'étanchéité du système d'étanchéité. Les joints de chaque sous-système d'étanchéité peuvent être alimentés en gaz d'étanchéité grâce au système d'alimentation. [0005] Les systèmes d'alimentation connus en pratique ont une structure relativement complexe. Il existe donc un besoin visant à fournir un système d'alimentation de système d'étanchéité de turbomachine avec une structure plus simple L'objectif de la présente invention est de créer un système d'alimentation novateur de système d'étanchéité de turbomachine et une turbomachine dotée d'un système d'étanchéité et d'alimentation. [0006] Le système d'alimentation selon la présente invention comprend exclusivement, pour chaque sous-système d'étanchéité du système d'étanchéité, les quatre conduites de gaz d'étanchéité suivantes : a) une première conduite d'alimentation en gaz d'étanchéité via laquelle le gaz de processus extrait de la turbomachine peut être amené au sous-système d'étanchéité respectif sous la forme de premier gaz d'étanchéité ; b) une seconde conduite d'alimentation en gaz d'étanchéité via laquelle du nitrogène peut être 2 amené au sous-système d'étanchéité respectif comme second gaz d'étanchéité ; c) une conduite d'échappement de gaz d'étanchéité via laquelle le premier gaz d'étanchéité et le second gaz d'étanchéité peuvent être évacués du sous-système d'étanchéité respectif ; et d) une conduite d'échappement de sécurité qui est fermée en fonctionnement normal et ouverte en cas de panne, afin d'évacuer au moins une partie du premier gaz d'étanchéité et du second gaz d'étanchéité hors du sous-système d'étanchéité respectif en cas de panne. Dans le système d'alimentation selon la présente invention, le nombre de conduites de gaz d'étanchéité utilisées pour chaque sous-système d'étanchéité est minimisé. Ceci permet de simplifier la structure du système d'alimentation. [0007] Selon un autre perfectionnement avantageux, le système d'alimentation comprend un système de mesure de pression différentielle via lequel une pression différentielle peut être mesurée entre la pression régnant dans la conduite d'échappement de sécurité et la pression régnant dans la seconde conduite d'alimentation en gaz d'étanchéité. La présence d'une panne peut être déduite de façon sûre et fiable à l'aide de cc système de pression différentielle. [0008] D'autres perfectionnements préférés de l'invention sont obtenus à partir des sous- revendications et de la description suivante. Sans que cela n'induise aucune limitation, les exemples de réalisation de l'invention sont expliqués plus en détail à l'aide des dessins, dans lesquels : [0009] [fig.1] illustre un organigramme d'un système d'alimentation de système d'étanchéité de turbomachine conjointement avec la turbomachine et le système d'étanchéité ; [0010] [fig.2] illustre un extrait de l'organigramme de la figure 1 ; [0011] [fig.3] illustre un extrait de la figure 2 ; [0012] [fig.4] illustre un détail de la figure 3. [0013] La présente invention concerne un système d'alimentation de système d'étanchéité de turbomachine et une turbomachine dotée d'un système d'étanchéité et d'un système d'alimentation. [0014] La figure 1 illustre un organigramme d'un système d'alimentation 10 pour un système d'étanchéité 11 de turbomachine 12, sachant que la figure 1 illustre en outre de façon schématique un système de lavage du système d'étanchéité 11 de la turbomachine 12. [0015] Le système d'étanchéité 11 sert à étanchéifier un rotor 14 de la turbomachine 12 par rapport à un stator 15 de la turbomachine 12, sachant que dans l'exemple de réalisation illustré, le système d'étanchéité 11 illustre deux sous-systèmes d'étanchéité lia, llb qui ont une structure identique et agissent sur les extrémités opposées d'un arbre du rotor 14 de la turbomachine 12 afin d'étanchéifier le rotor 14 de la turbomachine 12 3 par rapport au stator 15 de celle-ci. [0016] La figure 4 illustre en détail la structure du sous-système d'étanchéité 11b, afin d'étanchéifier le rotor 14 de la turbomachine 12 par rapport au stator 15 de la turbomachine 12. Le système d'étanchéité lla a une structure qui est identique aux ensembles. [0017] Le sous-système d'étanchéité 11 b de la figure 4 comprend de multiples joints. La figure 4 illustre ainsi que le sous-système d'étanchéité 11h comprend quatre joints sans contact, à savoir un premier joint sans contact 16, un second joint sans contact 17, un troisième joint sans contact 18 et un quatrième joint sans contact 51 prenant tous de préférence la forme de joints labyrinthes. En sus de ces quatre joints sans contact 16, 17, 18 et 51, le sous-système d'étanchéité 11 b de la figure 2 comprend deux joints avec contact, à savoir un premier joint avec contact 19 et un second joint avec contact 20. Le premier joint avec contact 19 est agencé entre le second joint sans contact 17 et le troisième joint sans contact 18. Le quatrième joint sans contact 51 est positionné entre le troisième joint sans contact 18 et le second joint avec contact 20. Les joints avec contact 19 et 20 sont de préférence des joints à bague de glissement. [0018] Les joints 16, 17, 18, 19, 20 et 51 sont des joints à gaz. [0019] Le système d'alimentation 10 selon la présente invention sert maintenant à l'alimentation en gaz d'étanchéité des joints 16, 17, 18, 19, 20 et 51 de chaque sous-système d'étanchéité 11 a, 11 b du système d'étanchéité 11 de la turbomachine 12. [0020] Le système d'alimentation 10 comprend exclusivement les quatre conduites de gaz d'étanchéité suivantes pour chaque sous-système d'étanchéité lia, llb : [0021] La première conduite de gaz d'étanchéité du sous-système d'étanchéité 11a, llb respectif est une première conduite d'alimentation en gaz d'étanchéité 21. La première conduite d'alimentation en gaz d'étanchéité 21 sert à amener du gaz de processus provenant la turbomachine comme premier gaz d'étanchéité en direction du sous-système d'étanchéité lia, llb respectif. L'alimentation en premier gaz d'étanchéité peut être réalisée à l'aide d'un système de filtre à gaz externe ou sans un tel système de filtre à gaz. [0022] La seconde conduite de gaz d'étanchéité du sous-système d'étanchéité lia, 11b respectif prend la forme d'une seconde conduite d'alimentation en gaz d'étanchéité 22. La seconde conduite d'alimentation en gaz d'étanchéité 22 sert à amener un second gaz d'étanchéité, notamment du nitrogène, en direction du sous-système d'étanchéité lia, llb respectif. Le second gaz d'étanchéité, de préférence du nitrogène ou de l'air, est fourni ou mis à disposition par une source de gaz d'étanchéité 23. [0023] La troisième conduite de gaz d'étanchéité du sous-système d'étanchéité lia, 11b respectif prend la forme d'une conduite d'échappement de gaz d'étanchéité 24. Le premier gaz d'étanchéité et le second gaz d'étanchéité peuvent être évacués hors du sous-système d'étanchéité 11 a, 11 b respectif à l'aide de la conduite d'échappement de gaz d'étanchéité 24. [0024] La quatrième conduite de gaz d'étanchéité du sous-système d'étanchéité 11a, 11 b respectif prend la forme d'une conduite d'échappement de sécurité 25. La conduite d'échappement de sécurité 25 est normalement fermée et ouverte en cas de panne, afin d'évacuer en cas de panne au moins une partie du premier gaz d'étanchéité et du second gaz d'étanchéité hors du sous-système d'étanchéité 11a, 11 b respectif via la conduite d'échappement de sécurité 25. [0025] Tel qu'expliqué précédemment, du gaz de processus peut être extrait de la tur- bomachine 12 via la première conduite d'alimentation en gaz d'étanchéité 21 respective et amené au sous-système d'étanchéité 11 a, 11 b respectif Selon la figure 2, le gaz de processus arrive de la turbomachine 12 dans la région d'une bifurcation 26 à l'endroit où la bifurcation 26 entre dans les conduites d'alimentation en gaz d'étanchéité 21 menant aux deux sous-systèmes d'étanchéité 11 a, 11 h. Avec une ouverture 27 (voir la figure 3), la première conduite d'alimentation en gaz d'étanchéité 21 respective s'ouvre dans la région du sous-système d'étanchéité 11a, 11b respectif. Un clapet antiretour 31 peut être intégré en option dans la bifurcation 26. [0026] Un filtre 35 optionnel et/ou une soupape de régulation de pression 36 optionnelle et/ ou un débitmètre 37 optionnel est/sont intégrés dans la seconde conduite d'alimentation en gaz d'étanchéité 22 respective entre la source de gaz d'étanchéité 23 et une embouchure 32 de la seconde conduite d'alimentation en gaz d'étanchéité 22 conduisant au sous-système d'étanchéité I la respectif. Un clapet antiretour 39 peut être intégré entre la source de gaz d'étanchéité 23 et le filtre 35 et/ou entre le filtre 35 et la soupape de régulation de pression 36 dans la seconde conduite d'alimentation en gaz d'étanchéité 22, sachant que sur la figure 1 seul un clapet antiretour 39 est illustré entre le filtre 35 et la soupape de régulation de pression 36. [0027] Dans la conduite d'échappement de gaz d'étanchéité 24 via laquelle le premier gaz d'étanchéité et le second gaz d'étanchéité provenant du sous-système d'étanchéité I la, 1lb respectif peuvent être évacués, au moins un disque de rupture 48 peut se rompre en cas de surpression ou une ouverture de soupape de sécurité est intégrée en cas de surpression. Les conduites d'échappement de gaz d'étanchéité 24 des deux sous-systèmes d'étanchéité lia, 1lb débouchent dans une conduite d'échappement 43 commune dans laquelle un clapet antiretour 34 et/ou un étranglement 45 peuvent être intégrés. [0028] En fonctionnement normal, le gaz d'étanchéité, à savoir tant le premier gaz d'étanchéité que le second gaz d'étanchéité qui s'écoulent à travers les joints 17, 18, 19, 20 et 51 du sous-système d'étanchéité respectif peuvent être évacués hors de la conduite d'échappement de gaz d'étanchéité 24 respective. [0029] Dans la conduite d'échappement de sécurité 25 via laquelle le gaz d'étanchéité peut être évacué hors du sous-système d'étanchéité 11 a, 11 b respectif en cas de panne, un disque de rupture 47 se rompant en cas de surpression ou une ouverture de soupape de sécurité se rompant en cas de surpression est intégré(e), ouvrant ainsi la conduite d'échappement de sécurité 25 en cas de panne. [0030] Tel qu'il apparaît de la façon la plus évidente sur la figure 4, la première conduite d'alimentation en gaz d'étanchéité 21 transporte le premier gaz d'étanchéité qui est un gaz de processus provenant de la turbomachine 12, en direction du premier joint sans contact 16 et en direction du second joint sans contact 17, une première partie du premier gaz d'étanchéité s'écoulant via le premier joint sans contact 16 et une seconde partie du gaz d'étanchéité s'écoulant via le second joint sans contact 17, en direction du premier joint avec contact 19. La première partie du premier gaz d'étanchéité qui s'écoule via le premier joint sans contact 16 est supérieure à la seconde partie du premier gaz d'étanchéité qui s'écoule via le second joint sans contact 17, la première partie du premier gaz d'étanchéité qui s'écoule via le premier joint sans contact 16 étant égale à au moins 90 %, de préférence au moins 95 %, particulièrement de préférence à au moins 97 %, du premier gaz d'étanchéité. [0031] Le second gaz d'étanchéité peut être amené au second joint avec contact 22 du système d'étanchéité 11 a, 11h respectif à l'aide de la seconde conduite d'alimentation en gaz d'étanchéité 22, à savoir de telle sorte qu'une partie du second gaz d'étanchéité s'écoule via le second joint avec contact 20 en direction du quatrième joint sans contact 51 et en direction du troisième joint sans contact 18. L'autre partie du second gaz d'étanchéité s'écoule en direction d'un support de palier sur un côté du système d'étanchéité 11 s'écartant du compresseur. [0032] En cas de panne, le quatrième joint sans contact 51 se colle au rotor 14. [0033] Le gaz d'étanchéité peut être évacué à l'aide de la conduite d'échappement de gaz d'étanchéité 24, notamment entre le premier joint avec contact 19 et le troisième joint sans contact 28. Le gaz d'étanchéité peut également être évacué en cas de panne par le biais de la conduite d'échappement de sécurité 25, notamment entre le joint 20 et le joint 51. Le gaz libéré par la conduite d'échappement de sécurité est conduit via la seconde conduite d'alimentation en gaz d'étanchéité 22 et une partie du gaz s'écoulant via le joint 51 en cas de panne, dans la conduite d'échappement de sécurité 25. [0034] Un débitmètre 42 permet de détecter un blocage du premier joint avec contact 19 en position ouverte, avec le rotor 14 en état stationnaire. Dans ce cas, ce joint peut être libéré en appliquant un choc de pression via l'embouchure 49. [0035] Le système d'alimentation 10 fournit pour chaque sous-système d'étanchéité Ila, l lb un système de mesure de pression différentielle 50 à l'aide duquel un différentiel de pression entre la pression régnant dans la conduite d'échappement de sécurité 25 respective et la pression régnant dans la seconde conduite d'alimentation en gaz 6 d'étanchéité 22 peut être mesurée. Le système dc mesure dc pression différentielle 50 respectif comprend un capteur dc pression différentielle 50a à l'aide duquel un premier point de mesure est couplé à la conduite d'échappement de sécurité 25 respective et avec lequel un second point de mesure est couplé à la seconde conduite d'alimentation en gaz d'étanchéité 22 respective. L'évaluation de la pression différentielle mesurée par la mesure de pression différentielle 50 respective permet de déduire l'apparition d'une panne dans le sous-système d'étanchéité 11a, 11 b respectif [0036] En plus des systèmes de mesure de pression différentielle 50, des capteurs de pression peuvent en outre agir sur les conduites dc gaz d'étanchéité 21, 22, 24, 25, afin de déterminer la pression régnant dans la conduite de gaz d'étanchéité respective, telle que par exemple une pression régnant dans la conduite d'échappement de gaz d'étanchéité 24, une pression régnant dans la seconde conduite d'alimentation en gaz d'étanchéité 22 et une pression régnant dans la conduite d'échappement de sécurité 25 dans la région du disque de rupture 47 respectif ou une pression régnant dans la conduite d'échappement de gaz d'étanchéité 24 dans la région du disque de rupture 48 respectif. [0037] Le système d'alimentation 10 d'un système d'étanchéité 11 de turbomachine selon la présente invention sert à alimenter le système d'étanchéité 11, à savoir ses sous-systèmes d'étanchéité 11 a, 11 h, en gaz d'étanchéité. Dans la région du sous-système d'étanchéité 11a, 11b respectif, le système d'alimentation 10 utilise exclusivement deux conduites d'alimentation en gaz d'étanchéité 21 et 22, une conduite d'échappement de gaz d'étanchéité 24 et une conduite d'échappement de sécurité 25. Ceci rend possible une structure particulièrement simple du système d'alimentation 10. Le système d'alimentation 10 selon la présente invention alimente les joints individuels du sous-système d'étanchéité Ila, 1lb respectif en gaz d'étanchéité et évacue du gaz d'étanchéité du sous-système d'étanchéité Ila, 1lb respectif. [0038] Tel qu'expliqué précédemment, un système de lavage 13 des sous-systèmes d'étanchéité lia, 1lb de la turbomachine 12 est en outre illustré. Un agent lavant peut être amené à l'aide du système de lavage, notamment au premier joint avec contact 19, pour le nettoyer. L'agent lavant est de nouveau évacué, notamment lorsque le joint 19 du sous-système d'étanchéité lia, 1lb respectif est lavé, via des drains d'évacuation de machine ou leur équivalent. Liste de références Système d'alimentation 11 Système d'étanchéité Ila Sous-système d'étanchéité 1lb Sous-système d'étanchéité 12 Turbomachine 7 13 Système de lavage 14 Rotor Stator 16 Joint 17 Joint 18 Joint 19 Joint Joint 21 Conduite d'alimentation en gaz d'étanchéité 22 Conduite d'alimentation en gaz d'étanchéité 23 Source de gaz d'étanchéité 24 Conduite d'échappement de gaz d'étanchéité Conduite d'échappement de sécurité 26 Bifurcation 27 Embouchure 31 Clapet antiretour 32 Embouchure 35 Filtre 36 Soupape de régulation de pression 37 Débitmètre 39 Clapet antiretour 42 Débitmètre 43 Conduite d'échappement 44 Clapet antiretour 45 Orifice ou étranglement 47 Disque de rupture/soupape de sécurité 48 Disque de rupture/soupape de sécurité 49 Conduite d'alimentation 50 Système de mesure de pression différentielle 50a Capteur de pression différentielle 51 Joint 8 [Revendication I] [Revendication 2] [Revendication 3]