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-AGENCEMENT POUR L'ENTRAINEMENT DE MACHINES AUXILIAIRES,D'UNE INSTALLATION DE
FORCE MOTRICE A VAPEUR HAUTE PRESSION.
La présente invention concerne un agencement pour l'entraînement de machines auxiliaires d9une installation de force motrice à vapeur haute pression, dans laquelle une pompe d'alimentation est actionnée par une ma- chine auxiliaire et fonctionne à une vitesse décroissant avec la chargée
On sait que dans les installations de force motrice à vapeur haute pression., la valeur de la puissance nécessaire à l'entraînement des différentes machines auxiliaires, joue un rôle important., C'est ainsi que, par exemple., la puissance nécessaire pour l'entraînement des différentes machines auxiliaires d9une installation moderne de force motrice a vapeur., pour une pression de service entre 65 et 80 kg cm2,
varie entre 4 et 8% du maximum de puissance produite suivant le mode de construction de la chaudiè-. re et le mode de chauffage, ce qui augmente dans la même proportion les dé= penses pour le combustible nécessaire Il importe donc que l'entraînement des auxiliair&s de l'installation ne soit pas seulement sûrs mais qu'il réponde également à l'économie la plus favorable.
A cet effet, on a déjà proposé d'actionner les pompes d'alimenta- tion qui sont; avec les pompes à eau de refroidissement et les ventilateurs de chaudières, les machines qui consomment le plus d'énergies non pas à 1' aide de moteurs électriques, mais à l'aide d'une turbine auxiliaire à vapeur.
On sait d'une manière générale qu'on peut réaliser des économies de puissance importantes dans le cas de charges partielles en re mpl t un entraînement à vitesse constante par un entraînement à vitesse variable.
La réalisation de cette idée est particulièrement possible si on actionne la pompe à 1-laide d'une turbine auxiliaire à vapeurLes organes destinés à 1-'admission de la vapeur dans une turbine auxiliaire de ce genre sont alors de préférence commandés par un régulateur de pression différentielle, c'est-à-dire par un régulateur maintenant constante la différence entre les pressions en amont et en aval de la soupape d'alimentation de la chaudière
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Pour la réduction au minimum de la puissance nécessaire à 1 entraînement des auxiliaires d'une installation de force motrice à va- peur haute pression suivant la présente invention, la machine auxiliaire actionnant la pompe d'alimentation actionne également un générateur au- xiliaire dont la fréquence diminue avec la puissance produite par l'ins- tallation,
et qui fournit le courant à au moins un moteur destiné à action- ner une machine auxiliaire supplémentaire de l'installation, dont on dési- re également réduire la vitesse avec la diminution de la puissance produi- te par l'installation.
La machine auxiliaire destinée à actionner la pompe d'alimenta tion et le générateur auxiliaire peut être une turbine à vapeur fonction- nant avec de la vapeur prélevée sur la turbine principale de l'installations une turbine à gaz actionnée par les produits de combustion ou par un gaz naturel sous pression, une turbine à air chaude ou même un moteur Diselo
Le générateur auxiliaire peut par exemple alimenter des moteurs actionnant une pompe à eau de refroidissement, une pompe à eau de conden- sation ou d'autres pompes auxiliaires de l'installation à vapeur.
Non seu- lement la puissance nécessaire au fonctionnement de ces pompes auxiliaires est relativement faible dans le cas de charges partielles, mais l'élévation non désirée, de la pression à la sortie des pompes auxiliaires pour les char- ges partielles, telle qu'elle résulte par exemple lorsque la vitesse de la pompe est constante et lorsque on prévoit une vanne de laminage en aval de la tubulure de refoulement est elle-même réduite. En combinaison avec la pompe à eau de refroidissement, on peut également obtenir cet autre avantage que, dans le cas de charges partielles, la quantité d'eau de refroidissement peut être adaptée automatiquement à la quantité de vapeur d'échappement du groupe turbines.
Les conditions qui se présentent pour les différentes pompes auxi- liaires d'installations de force motrice à vapeur sont similaires pour les ventilateurs des chaudières et pour les ventilateurs de refroidissement du générateur fournissant la puissance utile, pour lesquels les résistances opposées à l'écoulement des fluides augmentent avec le carré de la vitesse des gaz refoulés,c'est-à-dire à peu près avec le carré de la charge imposée au groupe auxiliaire en question.
Le dessin annexé représente schématiquement quelques modes de ré- alisation de l'objet de l'inventiono
La fig. 1 représente une installation de force motrice à vapeur haute pression dans laquelle la machine auxiliaire actionnant la pompe d'alimentation et un générateur auxiliaire fonctionne avec de la vapeur prélevé sur la turbine principale de l'installationo
La figo 2 représente un mode de réalisation dans lequel la machine auxiliaire actionnant la pompe d'alimentation et un générateur auxiliaire est constituée par une turbine à air chaud.
La figo 3 représente un mode de réalisation similaire à celui de la fig. 2, sauf que l'échauffeur pour l'air n'est pas un échauffeur à foyer pro- pre, car il est monté dans le foyer de la chaudière de l'installation à va- peur
La figo 4 représente un quatrième mode de réalisation dans lequel la machine auxiliaire actionnant la pompe d'alimentation et un générateur auxiliaire est constituée par une turbine à gaz fonctionnant avec les gaz d'échappement d'un échauffeur d'air chaud à foyer soufflé avec surpressiono
Sur la figure 1 du dessin, 1 désigne la turbine à haute -¯pression, et 2 la turbine à basse pression d'une installation de force motrice à va- peur haute pression, dont la chaudière est indiquée en 3. En 4 est prévu un ventilateur faisant partie de la chaudière 3 et actionné par un moteur auxiliaire 5.
En 6 est prévu une pompe d'alimentation aspirant l'eau de con- densation d'un réservoir 7, faisant également office de dégazeur,et qui re-
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foule cette eau par une tuyauterie 8 dans la chaudière 30 Après la mise en marche de l'installation, le réservoir ou ballon de dégazage 7 est sous pression. En 9 est indiqué une soupape d'alimentation intercalé dans la tuyauterie 8. La pompe d'alimentation 6 est actionnée par une turbine au- xiliaire à vapeur 10Pendant la période du démarrage, à faible charge et pendant la mise à l'arrêt de !-'installation., cette turbine auxiliaire 10 reçoit de la vapeur par une tuyauterie 11 reliée au réservoir 7. Dans cette tuyauterie 11 est intercalée une soupape 12.
En revanche, pendant le fonctionnement normal., cette turbine auxiliaire est actionnée par de la vapeur prélevée sur la turbine à haute pression 1. Dans la tuyauterie de prélèvement 13 est intercalé une soupape 14Les soupapes d'admission 12 et 14 sont reliées cinématiquement l'une à l'autre, et elles sont com- mandées par un régulateur 15 de façon que la différence des pressions en amont et en aval de la soupape d'alimentation 9 reste constante pour toutes les charges imposées à l'installation de force motrice à vapeuro
La turbine auxiliaire à vapeur 10 actionne également un généra- teur auxiliaire 16 se présentant sous la forme d'un alternateur triphasé,
dont la fréquence diminue avec la puissance produite par l'installation de force motrice à vapeur.\) et qui est branché sur un réseau auxiliaire 28.
Ce réseau à fréquence variable 28 alimente au moins un moteur destiné à actionner au moins une autre machine auxiliaire pour laquelle on désire également obtenir une vitesse décroissant avec la puissance produite par l'installationo En particulier, et dans l'exemple représentée le réseau auxiliaire 28 alimente d'une part le moteur 5 précité actionnant le ven- tilateur de chaudière 4 et., dautre part,, des moteurs 17, 18, 19 et 20.
Le moteur 17 actionne la pompe à eau de refroidissement 21 pour le con- denseur 22 de l'installation à vapeur Le moteur 18 actionne une pompe à eau de condensation 23 placée avant la pompe d'alimentation 6 dans le cir- cuit d'eau d'alimentation et qui refoule l'eau de condensation par une tuyau- terie 24, représentée en pointillé, dans le réservoir à eau d'alimentation 7, faisant également office de dégazeur.: Le moteur 19 actionne une pompe auxiliaire à eau de condensation 26 faisant partie d'un ensemble d'appareils préchauffeurs 25, tandis que le moteur 20 actionne une pompe auxiliaire à eau de condensation 32.
Un moteur 27, qui nest pas 'branché sur le réseau auxiliaire 28 des moteurs 5, 17, 18, 19 et 20, actionne une pompe auxiliai- re à eau de condensation 30 faisant partie d'un deuxième groupe d'appareils préchauffeurs 29.La vapeur d'échappement de la turbine auxiliaire 10 est précipitée dans un condenseur auxiliaire 31, duquel 1-'eau de condensation est aspirée par la pompe au.-ciliaire 32 précitéequi la refoule par une tuyau- terie 33, représentée en pointillé, dans la tuyauterie 24.
Si on le désires la vapeur d'échappement de la turbine auxiliaire à vapeur 10 peut être précipitée au moins partiellement et d'une manière non représentée dans un appareil préchauffeur d'eau d'alimentation de l'instal- lation de force motrice à vapeur. De plus, le générateur auxiliaire 16 peut., d'une manière non représentées fournir le courant à un moteur actionnant au moins un des ventilateurs de refroidissement du générateur 30 de puissance utile de ladite installation..
Ce générateur auxiliaire peut également- four- nir le courant à un moteur actionnant un broyeur de charbon non représenté et faisant partie de la chaudière 30
Les figs.2 à 4 représentent des modes de réalisation dans les- quels une certaine partie de la air de combustion nécessaire à la chaudière de 1'installation à vapeur haute pression est comprimée,
puis chauffée et ensuite détendue dans une turbine à air chaudo Dans un tel casg les conditions sont choisies de façon que cette turbine à air chaud fournisse d'une part le travail de compression pour cette partie de l'air de combustionoD'autre parts cette turbine à air chaude ou une turbine à gaz dans laquelle a lieu la dé- tente des gaz de combustion sortant d'un échauffeur d'air à foyer propre et faisant partie de la turbine à air chaude fournit encore tout au plus une puissance correspondant pratiquement au moins à la puissance nécessaire à la partie des machines auxiliaires de l'installation de force motrice à vapeur
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pour lesquelles on désire également obtenir une diminution de la vitesse
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de fonctionnement avec la diminution de la
puissance produite par leins- tallationo En regard des figso 2 3 et 451 on décrira en détail ces modes de réalisationo
Sur la fige 2 du dessin, 40 désigne la turbine principale d'une installation à vapeur haute pression. Cette turbine reçoit la vapeur de fonctionnement par une tuyauterie 41 venant d'une chaudière 42.Elle ac- tionne un générateur de puissance utile 43.
En 44 est indiquée une pompe
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d'alimentation aspirant l'eau de condensation d'un mservoir 45, faisant également office de dégazeurs et refoulant cette eau par une tuyauterie 46 dans un faisceau tubulaire de la chaudière 42.La pompe d'alimentation 44 est actionnée par un groupe auxiliaire comportant un compresseur 47, un échangeur de chaleur 48, une turbine à air chaud 49, et un échauffeur 50 à foyer propre Un tiers environ de l'air de combustion nécessaire à la chaudière 42 à foyer soufflé avec surpression est aspiré par le compresseur auxiliaire 47 de l'atmosphère environnante. Cette partie de l'air est portée à une température plus élevée par un apport indirect de chaleur dans l'échan- geur de chaleur 48 monté dans l'échauffeur 50.
Elle est ensuite détendue dans la turbine auxiliaire à air chaud 49 L'air d'échappement de cette turbine passe dans l'échauffeur 50.Les gaz de combustion sortant de cet échauffeur 50 à foyer propre passent par une tuyauterie 51 dans la chambre de combus- tion de la chaudière 42, où ils se mélangent avec le combustible provenant d'un broyeur à charbon 511.
La turbine auxiliaire à air chaud 49 n'actionne pas seulement le compresseur 47 et la pompe d'alimentation 44e mais également un générateur auxiliaire 52 dont la fréquence s'abaisse avec la puissance produite par l'installation de force motrice à vapeuret qui fournit à un réseau 62 du courant à fréquence variable A ce réseau sont branchés des moteurs 53, 54, 55 et 56 actionnant plusieurs machines auxiliaires de l'installa- tiono Le moteur 53 actionne un ventilateur 57 aspirant les gaz de combus-
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tion de la chaudière tt,2o Le moteur 54 actionne un compresseur 58 qui four- nit le reste de l'air de combustion nécessaire dans la chambre de combustion de la chaudière 42. La tuyauterie de refoulement 581 de ce compresseur 58 est raccordée à la tuyauterie 51 précitée.
Le moteur 55 actionne la pompe principale à eau de condensation 59, et le moteur 56 actionne la pompe à eau de refroidissement 61 de l'installation de force motrice à vapeur. Le groupe comportant le compresseur 47, la turbine auxiliaire à air chaud 49, la pompe d'alimentation 44 et le générateur auxiliaire 52 comprend également un moteur 63 alimenté par un réseau spécial 64 et pouvant ainsi servir au démarrage de ce groupe.
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Dans le mode de réalisation représenté sur la figo 2a les condi- tions sont choisies telles que la puissance fournie par la turbine auxiliai- re à air chaud 49 suffise normalement pour l'entraînement du compresseur 47, de la pompe d'alimentation 44, et des moteurs 53,, 54, 55 et 56.
Dans certaines conditions-, il peut suffire de faire passer une par- tie seulement de 111 air d'échappement de la turbine auxiliaire à air chaud
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49 dans l'échauffeur 50e Il peut également suffire de faire passer une partie seulement des gaz de combustion sortant de cet échauffeur 50 dans la chambre de combustion de la chaudière 42. De plus, 1-'air d.97échappement de la turbine auxiliaire à air chaud 49 peut servir au moins partiellement, d'une manière non représentée, au surchauffage intermédiaire de la vapeur produi1 ,.:jans 19 installation de force motrice a vapeur..
- Le mode de réalisation que montre la fig. 3 ne se distingue essen- tiellement de celui de la fige 2 que par le fait qu'un système de chauffage 65, dans lequel est chauffé par un apport indirect de chaleur l'air nécessai- re à la chambre de combustion de la chaudière 67,aspiré par le compresseur 66 de l'atmosphère et détendue ensuite dans une turbine auxiliaire à air chaud 68, n'est pas logé dans un échauffeur d'air a foyer propre mais dans le foyer de la chaudière 67,ce qui constitue une simplification de l'ins- tallation et du fonctionnement.
A titre complémentaire il y a lieu de noter
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que, sur la fige 3 du dessins 69 désigne une pompe d'alimentation et 70 un générateur auxiliaire.Celui-ci ainsi que le compresseur 66 sont ac- tionnés par la turbine auxiliaire à air chaud 680
Sur la figo 4 du dessins 71 désigne un compresseur aspirant de l'atmosphère une partie de l'air nécessaire dans la chambre de combustion de la chaudière 72, et refoulant cet air dans un système de chauffage 73. Ce- lui-ci est logé dans un échauffeur à foyer propre 74. L'air comprimé, porté à une température plus élevée par un apport indirect de chaleur dans cet échauffeur 74, est détendu dans une turbine auxiliaire à air chaud 75.
La quantité d'air chaud admise dans cette turbine 75 est déterminée de façon que la puissance fournie par celle-ci suffise exactement à l'entraînement du compresseur 71. Une partie de l'air comprimé par le compresseur 71 est déri- vé en amont du système de chauffage 73 et passe par une tuyauterie 76 dans le foyer de l'échauffeur 74, de sorte que ce foyer est soufflé avec surpres- sion. Les gaz de combustion sortant de ce foyer arrivent dans une turbine à gaz 77 où ils se détendentLa turbine à gaz 77 actionne une pompe d'alimen- tation 78 et un générateur auxiliaire 790 Ce dernier correspond au généra- teur auxiliaire 52 de la fig. 2, ou au générateur auxiliaire 70 de la fige 3.
Les gaz d'échappement de la turbine à gaz 77 passent par une tuyauterie 80 dans une autre tuyauterie 81, à laquelle est également raccordée la tuyauterie d'échappement 82 de la turbine à air chaud 75. La tuyauterie 81 débouche dans la chambre de combustion de la chaudière 72 qui est par con- séquent soufflée avec surpression.
L'air d'échappement de la turbine à air chaud 75 aussi bien que les gaz d'échappement de la turbine à gaz 77 cons- tituent le comburant dans cette chambre de combustionLe reste de l'air nécessaire à cette chambre de combustion est refoulé par un compresseur 83 dans une tuyauterie 84 et ensuite dans la tuyauterie 81 précitée.Pour la turbine auxiliaire à gaz 77 est prévue une dérivation 85 dans laquelle est intercalé une soupape 86, et qui permet d'établir une communication entre les tubulures d'entrée et de sortie de cette turbine à gaz 77. Suivant 1' ouverture de la soupape 86, une partie plus ou moins-importante des gaz chauds sortant du foyer de l'échauffeur 74 peut contourner la turbine au- xiliaire à gaz 77, ce qui permet de régler la puissance fournie par cette turbine.
La soupape 86 intercalée dans la dérivation 85 est reliée cinéma- tiquement à un régulateur 87 à l'aide duquel il est possible de maintenir constante la différence entre les pressions en amont et en aval de la soupa- pe d'alimentation 88 de la chaudière 72
A titre complémentaire., il y a lieu de noter que 89 désigne une tuyauterie par laquelle peuvent s'échapper les gaz de combustion de la chau- dière 72. De plus, 90 désigne un moteur qui peut être accouplé à la turbine auxiliaire à air chaud 75 et qui est branché à un réseau spécial 91, de sor- te qu'il peut servir à faire démarrer le groupe 71, 75 et à fournir du tra- vail de compression dans le cas où la turbine à air 75 est incapable de four- nir intégralement la puissance nécessaire pour l'entraînement du compresseur auxiliaire 71.
Il n'est pas nécessaire que la totalité des gaz d'échappement de la turbine auxiliaire à gaz 77 passe dans la chambre de combustion de la chaudière 72. Au contraire, on peut les utiliser au moins partiellement au surchauffage intermédiaire de la vapeur produite dans 1'installation de force motrice à vapeur
Lorsque la chambre de .combustion de la chaudière de l'installa- tion de force motrice à vapeur travaille en surpression., la turbine auxi- liaire à gaz actionnant la pompe d'alimentation et le générateur auxiliaire peut être alimentée avec au moins une partie des gaz sortant de la chambre de combustion de la chaudière
Dans des installations de force motrice à vapeur haute pression du genre en question.\) on utilise parfois comme combustible un gaz naturel sous pression.
Dans ce cas il convient de détendre une partie de ce gaz naturel dans une turbine auxiliaire à gaz avant de 1?introduire dans la chaudièrecette turbine actionnant alors la pompe d'alimentation de Pins-
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tallation et le générateur auxiliaire fournissant le courant à des moteurs actionnant d'autres machines auxiliaires de l'installationo Il peut alors être indiqué de chauffer dans un échangeur de chaleur le gaz naturel servant de combustible, avant de le détendre dans la turbine auxiliaire à gaz, ce qui peut avoir lieu dans la chaudière de l'installation de force motrice à vapeuro
Enfin il y a lieu de signaler que la machine auxiliaire action- nant la pompe d'alimentation et le générateur auxiliaire peut être constituée par un moteur Diesel.
Les agencements décrits,destinés pour l'entraînement de machines auxiliaires d'une installation de force motrice à vapeur haute pression, per- mettant d'élever le rendement global de telles installationso l'installation à vapeur proprement dite ne subissant aucun changement dans ces éléments prin- cipauxo Dans ce cas, la puissance fournie par la machine auxiliaire action- nant non seulement la pompe d'alimentation mais également un générateur auxi- liaire peut être facilement adaptée à la puissance nécessaire à plusieurs ma- chines auxiliaires de l'installation,et ce par réglage de la quantité de fluide de travail passant dans ladite machine auxiliaire, et de la chaleur apportée par cette quantité de fluide.
REVENDICATIONS.
1. - Agencement pour l'entraînement de machines auxiliaires d'une installation de force motrice à vapeur haute pression, dans laquelle une pom- pe d'alimentation est actionnée par une machine auxiliaire et fonctionne à une vitesse décroissant avec la charge, caractérisé en ce que la machine au- xiliaire actionne également un générateur auxiliaire dont la fréquence dimi- nue avec la puissance produite par l'installation, et qui fournit du courant au moins à un moteur destiné à actionner une autre machine auxiliaire de l' installation, pour laquelle on désire également obtenir une réduction de la vitesse au fur et a mesure que la puissance de l'installation décroît.