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La construction des installations d'accumulateurs d'énergie thermique destinées à des centrales de force motrice pour cou- vrir'les pointes de charge relativement de peu de durée ou ser- vir de réserve en cas de perturbation, est connue. Dans ces installations, l'eau est portée (chargée), en des temps de char- ge relativement faible, à une température plus élevée, par de la vapeur condensée, par chauffage électrique ou par des pompes calorifiques et est utilisée (déchargée), lors de pointes de charge, à la production d'énergie électrique supplémentaire.
On différencie, en général, l'accumulateur à chute de pression (aussi accumulateur à pression ou accumulateur Ruths) et.-l'accu- mulateur à pression constante (accumulateur à déplacement ou' Marguerre).
Dans les accumulateurs à chute de pression, l'eau chaude
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est accumulée sous une pression relativement élevée de par exemple 20 atmosphères (environ 210 C), tandis que lors de la décharge effectuée par diminution progressive de la pression dans l'accumulateur jusqu'à environ 3 à 5 atm, correspondant à 130-150 0 environ, l'eau de l'accumulateur s'évapore et la va- peur développée est détendue à la pression du condenseur dans des turbines spéciales d'accumulateur et le travail produit.
La grande variabilité de la pression de l'accumulateur et de la température du contenu total du réservoir lors de la charge et de la décharge est donc essentielle pour ce type d'accumula- teur, de même que la nécessité d'utiliser un accumulateur résis- tant à la pression ainsi que des turbines particulières d'accu- mulateur de conception spéciale. Ces turbines d'accumulateur doivent être équipées d'un grand nombre de soupapes régulatrices et de réglages compliqués, en raison de la pression de l'accumu- lateur qui diminue progressivement pendant la décharge, afin que lors d'une pression d'admission décroissante et d'une charge constante, par exemple une pleine charge, des sections transver- sales de plus en plus grandes soient ouvertes à la vapeur, par exemple par introduction dans les étages suivants des turbines.
Ceci signifie, non seulement une grande dépense de construction, mais aussi un fort amenuisement du rendement de la turbine, qui d'ailleurs est aussi très réduit dans les derniers étages par les pertes par freinage dû à l'eau, puisque l'humidité finale de la vapeur est très élevée, celle-ci affluant dans la turbine en tant que vapeur saturée à pression relativement élevée. De ,même, le coût de la construction des accumulateurs résistants à la pression est très élevé et le rendement thermique de l'ac- cumulation, réduit, en particulier lorsqu'on doit par exemple charger de vapeur à pression beaucoup plus élevée (par exemple 20 à 25 atm), l'accumulateur fortement déchargé (par.exemple à 2 atm). Dès lors, ce type de construction d'accumulateur n'est
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plus guère utilisé.
Le rendement thermique de l'accumulateur à pression cons- tante est en général meilleur. Dans celui-ci, l'eau chaude est accumulée à une pression constante mais en général également élevée, de par exemple 20 atm., de sorte que la couche de sépa- ration entre l'eau froide inférieure et l'eau chaude supérieure se déplace de haut en bas, lors de charges, et de bas en haut, lors de décharges. L'eau de l'accumulateur est introduite, lors de la décharge, par exemple pendant une pointe de charge, sous forme d'eau d'alimentation de chaudières préchauffée, la vapeur de purge d'ailleurs nécessaire au préchauffage de l'eau d'alime tation étant ainsi libérée de la turbine principale pour produc tion d'énergie supplémentaire.
La puissance additionnelle ainsi obtenue est toutefois limitée et son ordre de grandeur n'est égale qu'aux 15% environ de la puissance de la turbine princi- pale. De la sorte, la possibilité d'emploi de l'accumulateur à pression constante est très fortement limitée, puisque, par exemple, une production de puissance de l'accumulateur de 20 MW suppose une puissance de base simultanée des turbines de conden. sation d'environ 120 à 150 MW. Dès lors, si par exemple dans une'centrale de force motrice, une chaudière fait défaut, non seulement la puissance de condensation est de ce fait diminuée, mais aussi, approximativement dans un même rapport, la puissance possible de l'accumulateur, bien que celle-ci devrait être entièrement disponible, précisément dans le cas d'une telle per- turbation.
De même, la charge de l'accumulateur à pression égale est liée, en ce qui concerne le préchauffage progressif, à une puissance relativement élevée des turbines de condensation.
De plus, par suite des grandes variations des quantités de soutirage des turbines principales entre le service de charge et de décharge, le développement de la pression, des volumes et des vitesses-dans les turbines principales est perturbé et en consé-
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quence leur rendement en est influencé d'une manière défavora- ble.
Le capital nécessaire à la construction des accumulateurs à pression.constante du type précité est en réalité relativement plus petit que celui pour les accumulateurs à chute de pression, mais reste encore passablement élevé, puisque, d'une part, l'ao- cumulateur doit être construit pour résister à la pression et que, d'autre part, les.grandes différences de température au plan de séparation, entre l'eau chaude et l'eau froide, font naître des exigences supplémentaires importantes pour les pa- rois de l'accumulateur. De même, les surfaces du préchauffeur de soutirage doivent être beaucoup plus grandes que celles du service de condensation pur, puisque, lors de la charge de l'ac cumulateur, même le produit de condensation principal, en dehors de l'eau de l'accumulateur à préchauffer, doit être encore pré- chauffé.
En raison de ces inconvénients, on n'utilise que très rare- ment l'accumulateur à pression constante.
En outre, de nombreuses propositions pour les installations d'accumulateurs thermiques ont également vu le jour. En général, celles-ci n'ont pas été réalisées pratiquement, par suite, soit de leur coût de construction trop élevé, soit de leur rendement trop mauvais.
Ces deux inconvénients valent en particulier pour les propositions connues relatives aux installations d'accumulateurs thermiques avec pompes calorifiques ; celles-ci, d'une part, le coût de la construction est trop élevé, en particulier pour les machines supplémentaires et les échangeurs-de chaleur, d'autre part, le rendement de la transformation triple d'éner- gie, trop mauvais.
Dès lors, les accumulateurs à capacité jour- nalière pour centrale de force motrice sont construits de nos jours d'une manière prédominante comme des accumulateurs hydrau-
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liques, bien que, pour ceux-ci également, le coût de la cons- truction de l'accumulateur, des conduites, des pompes, des tur- bines et des générateurs n'est en général suffisamment bas, par exemple vis-à-vis d'une centrale de force motrice thermique de pointe, que lorsqu'un accumulateur surélevé est présent, par exemple en tant qu'accumulateur à capacité annuelle de la cen- trale de force motrice à eau.
Par contre, si pour une installa- tion d'accumulateur à capacité journalière, un accumulateur sur- élevé spécial doit être construit ou agencé, la rentabilité est la plupart du temps insuffisante, d'autant plus que le rendement total de transformation d'une installation d'accumulateur hydrau- lique avec pompe n'est que rarement supérieur à environ 60%, mais est le plus souvent beaucoup plus bas.
La présente invention élimine ou réduit dans une mesure déterminante les inconvénients prédécrits relatifs aux réalisa- tions connues d'installations d'accumulateurs thermiques. Dans cette invention, le capital nécessaire à la construction d'in- stallations'd'accumulateurs et d'échangeurs thermiques est ré- duit à un minimum non atteint jusqu'ici, en même temps que, simultanément, le rendement total de transformation de l'accumu- lateur peut être maintenu à environ 70% et plus. Ceci est obtenu par la disposition, le montage et la combinaison particulière, décrits ci-après, d'éléments de construction partiellement con- nus en soi.
Un accumulateur à eau chaude, isolé thermiquement, qui est approximativement sous pression atmosphérique, et dont l'eau est chauffée à environ 100 - 110 C par de la vapeur d'eau condensée (vapeur d'échappement ou autre), travaille conjointement avec un dispositif de détente, dans lequel l'eau chaude est évaporée partiellement à une pression de préférence de 0,6 à 0,3 atm en- viron, cette vapeur étant conduite dans une turbine de condensa- tion qui 'utilise au maximum l'énergie de la vapeur produite dans,
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le dispositif de détente.
La conception avantageuse et particulière de l'installa- tion est telle que les parties de l'installation-travaillant en service normal comme installation de condensation sont inversa- bles lors de la charge de l'accumulateur en service à contre- pression avec puissance proportionnément réduite.
Une autre réalisation de l'installation suivant la présen- te invention comprend une partie à basse pression qui peut être découplé de la turbine principale de condensation lors de la charge.
Dans une troisième réalisation, la partie à basse pression de la turbine principale de condensation fonctionne, lors de la charge, en service d'entrainement à vide, c'est-à-dire avec injection de vapeur réfrigérante et/ou d'eau, séparément du con- denseur principal.
Dans toutes ces réalisations, le condenseur principal à surface de la turbine normale de condensation sert, pendant la charge de l'accumulateur, de préchauffeur pour le chauffage de l'eau de circulation de l'accumulateur au moyen de vapeur de contre-pression provenant de la partie à haute pression ou à pression moyenne de la turbine de condensation.
Il est également possible en soi d'utiliser pour la charge de l'accumulateur de la vapeur surchauffée provenant de turbines à contre-pression ou à prise de vapeur, dans la mesure où la capacité d'absorption de celles-ci n'est pas complètement satis- faite par le réseau normal de vapeur surchauffée ou à contre- pression.
Dans ce cas, des échangeurs de chaleur présents alimentés par de la vapeur de soutirage ou de contre-pression peuvent être utilisés pour la charge de l'accumulateur à eau chaude.
D'autres particularités de l'invention, qui sont caractéri- sées d'une manière détaillée dans les revendications, sont explir
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quées ci-après à l'aide des dessins.
Dans la figure 1, 1 symbolise la chaudière à haute pressio pour la turbine de condensation 2 et 3, qui est conçue avanta- geusement comme une turbine à deux ou plusieurs corps et qui se compose de la partie haute et moyenne pression 2 et de la partie basse pression 3, dont la pression d'admission lors de la pleine charge est d'environ 1,0 à 2,0 atm. La vapeur d'échappement de la turbine 3 est condensée dans le condenseur 4 en service nor- mal, c'est-à-dire lorsque l'accumulateur n'est ni chargé ni dé- chargé. L'eau de réfrigération est' envoyée par effet de pression dans le condenseur 4 par la pompe 12 à partir d'un réfrigérant à flux ou à cheminée. Cette eau de réfrigération peut être arrê tée par des vannes c et d.
De même, la turbine à basse pression 3 peut être mise hors circuit, du côté de la vapeur, par l'in- termédiaire des vannes ou clapets a et éventuellement b, tandis que la vanne de dérivation e, lorsque la turbine à basse pres- sion est mise hors circuit, permet de conduire directement au condenseur 4, la vapeur d'échappement de la turbine 2. Les deux turbines 2 et 3 commandent le générateur 5, qui par son extrémi- té libre est accouplé à la turbine 6 de l'accumulateur, et ce, d'après les nécessités, par un accouplement mécanique ou hydrau lique à embrayage ou débrayage. Dans la disposition suivant la figure 1, le générateur est adapté à la puissance totale des turbines 2,3 et'6, ce qui diminue le coût de la partie électri- que de l'installation de l'accumulateur.
Toutefois, on peut aussi accoupler la turbine 6 de l'accumulateur à.un générateur propre, ou la partie haute pression 2 à un premier générateur et l'ensemble des turbines 3 et 6 à un second générateur. La der- nière solution peut être particulièrement avantageuse, lorsque, lors de grandes quantités de :vapeur d'échappement, les turbines à basse pression 3 et 6, eu égard aux sections nécessaires-de vapeur d'échappement, sont adaptées à des nombres de'tours infé-
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rieurs, en particulier 1000, 1500 ou 1800 tours par minute.
Lors de la décharge, pendant laquelle la turbine principale de condensation 2 et 3 travaille ordinairement comme en service normal, la turbine 6 de l'accumulateur est actionnée par de la vapeur saturée de préférence de 0,3 à 0,6 atm., qui se forme dans un évaporateur à détente 8, du fait que l'eau chaude accu- mulée dans la partie supérieure de l'accumulateur 9 est refroi- die et détendue par l'intermédiaire de la soupape n de, par exemple environ 1 atm., 100 C, à par exemple 0,6 atm., 85,5 C, un courant partiel. de vapeur égal à environ les 2,6% du courant d'eau détendue étant ainsi évaporé. Cette vapeur saturée est détendue dans la turbine 6 à la pression du condenseur par mélange 7 d'environ 0,03 à 0,04 atm suivant la température de l'eau de réfrigération.
L'humidité finale de la vapeur dans le ' dernier étage de la turbine se situe dans un ordre de grandeur de 10% et moins, de sorte que les pertes par freinage dû à l'eau dans les palettes de rotation restent dans des limites modérées, contrairement à la turbine de l'accumulateur d'une installation d'accumulateur à chute de pression. D'une manière exploitable, on obtient la pression citée de par exemple 0,6 atm environ dans l'évaporateur 8, d'une part par la capacité d'absorption ou les sections d'ouverture de la turbine 6, d'au- tre part à partir de la hauteur du courant d'eau chaude suivant l'ouverture de la soupape à eau chaude n.
L'eau refroidie et détendue est ensuite ramenée à partir de l'évaporateur 8, par la pompe de circulation 15, dans l'accumulateur 9 par le dessous, de sorte qu'elle se place en-dessous des couches supérieures chaudes, de la même façon que dans un accumulateur à déplacement.
Pour obtenir une bonne séparation de l'eau froide et de l'eau chaude dans l'accumulateur 9, l'eau refroidie doit être répartie régulièrement dans la partie inférieure de l'accumulateur et y pénétrer à une vitesse réduite. Dans ce but, on peut incorporer
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suivant la figure 2 des parois de répartition D semblable à un diffuseur qui, dans le cas d'accumulateurs circulaires, peuvent par exemple être constituées comme des anneaux en forme de cônes tronqués.
Le condenseur 7, dans lequel s'écoule la vapeur de travail provenant de la turbine 6 de l'accumulateur, peut, pour diminuer le coût de la construction, être conçu comme un condenseur par injection ou par mélange, dans lequel l'eau de réfrigération entrante est finement divisée par des douches ou autres disposi- tifs de pulvérisation en vue de la formation de grandes surfaces de condensation. Lorsque la hauteur du flux ou de la tour de réfrigération le permet, l'eau de réfrigération, suivant la fi- gure 1, peut être directement aspirée dans le condenseur 7 par l'intermédiaire de la soupape i; dans le cas contraire, elle doit.être envoyée par effet d.e pression dans le condenseur par une pompe particulière (non représentée), qui peut être montée avec la pompe d'aspiration 13.
Pour l'aspiration de petites quantités d'air ou de gaz éventuellement présentes, on se sert de la manière habituelle d'un appareil à jet. La conception con- forme à l'invention du condenseur 7 en tant que condenseur par mélange, qui d'ailleurs n'est pas usuel dans les centrales mo- dernes de force motrice à vapeur, mais qui est de beaucoup meil- leur marché qu'un condenseur à surface, est possible ici, puis- que, par suite de la température relativement basse de 100 C de l'eau chaude, un traitement préalable simple et chimique de l'eau additionnelle suffit à l'accumulateur pour empêcher la formation d'incrustations lors du chauffage et parce que, dès lors, le produit de condensation de la turbine de l'accumulateur peut sans inconvénient être perdu.
La quantité d'eau de rempla- cement peut être dérivée derrière-la pompe 13 pendant la déchar- ge à partir du courant chaud d'eau de réfrigération et, après purification préalable chimique, être conduit par le dessous
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dans l'accumulateur 9.
Naturellement, cette eau de remplacement relativement 'froide peut encore être préchauffée pendant le service normal par de'la vapeur de soutirage provenant de la turbine à basse pression 3, avant d'être introduite dans l'accumulateur 9, toutefois, le gain thermodynamique accessible n'en vaut pas la dépense la plupart du temps. De même, l'eau de lavage nécessaire de l'accumulateur, dont la quantité doit être relativement éle- vée en raison de la perte en produits de condensation, peut être conduite de la manière habituelle dans des échangeurs de chaleur et être remplacée par de l'eau additionnelle traitée chimique- ment.
D'ordinaire, l'accumulateur 9 est chargé pendant des pério- des de faible charge, par exemple entre 21 h. et 6 h. environ.
Suivant l'invention, la turbine à haute pression 2 est utilisée comme une turbine à contre-pression et le condenseur à surface 4 comme un échangeur de chaleur pour le préchauffage de l'eau de-l'accumulateur de par exemple 80-85 C à 100 C, de sorte qu'il n'en résulte qu'un coût additionnel très faible pour l'accumula teur, grâce à cette partie de l'installation. Dans ce but, la turbine basse pression 3 est mise hors circuit par la fermeture des vannes (ou clapets) a et b et la vapeur d'échappement de la turbine 2 est amenée directement par l'intermédiaire de la vanne e dans le condenseur 4, où elle est condensée à environ 1, 1 à 1,2 atm.
Dès lors, la turbine de condensation, conformément à la charge de nuit réduite, ne fournit de la puissance qu'à la partie de turbine 2, de sorte que, dans la mesure nécessaire, le courant de vapeur provenant de la chaudière 1 peut aussi être réduit par la turbine 2, vis-à-vis du courant de pleine charge.
Par le choix approprié-de la pression d'étage derrière la turbi- ne 2 pour la pleine charge, il est possible d'obtenir que les conditions de flux dans.l'étage principal de la turbine 2, lors
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du courant de vapeur réduit pendant la charge et lors d'une contre-pression de 1, 1 à 1,2 atm, correspondent approximative- ment aux vitesses de flux normales, de sorte que le rendement de la turbine 2 reste le meilleur possible. Pour la charge, les vannes de l'eau de réfrigération c et d sont fermées, les van- nes f et g pour l'eau de l'accumulateur, ouvertes et la pompe de circulation 14, mise en marche.
La turbine à basse pression
3 peut, soit être mise hors circuit par l'accouplement à débray- age 10 et arrêtée, la vanne b n'étant donc pas nécessaire, soit fonctionner au ralenti, avec la vanne b fermée, en service d'en- traînement, c'est-à-dire sous vide poussé, et avec de faibles quantités de vapeur réfrigérante, en cas de nécessité avec injection de petites quantités de produits de condensation de réfrigération. Dans ce dernier cas, l'appareil normal à jet d'eau du condenseur 4, qui maintenant n'est donc plus nécessaire) peut par exemple être raccordé par le côté de son aspiration à la tubulure de sortie de la turbine 3, où il sert simultanément à faire le vide et de condenseur par mélange pour les petites quantités de vapeur réfrigérante.
Par contre, si, comme mention- né ci-avant, les turbines 3 et 6 entretiennent un générateur particulier et commun, ce groupe est complètement arrêté lors de la charge. Par ce montage conforme à l'invention et par l'utilisation du condenseur 4 comme échangeur de chaleur pour la charge de l'accumulateur, on obtient non seulement un coût de construction particulièrement bas, mais aussi un avantage exploitable du fait que la chaudière 1 et la partie à haute pression et à haute température 2 de la turbine peuvent fonction. ner pendant la nuit à pleine charge ou avec une charge partielle suffisamment élevée.
Par contre, l'arrêt complet, l'arrêt tempo- raire et la remise rapide en régime élevé de la partie basse pression 3, qui est aussi actionnée en service normal à des tem- pératures de tout au plus 100 à 150 C, sont en général complète-
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ment exploitables sans inconvénient.
Pendant le processus de charge, l'eau plus froide prove- nant de la partie inférieure de l'accumulateur 9 est donc pom- pée par le condenseur 4 agissant comme préchauffeur par l'in- termédiaire de la pompe 14 et reconduite dans l'accumulateur 9 à la surface du niveau d'eau. Il est important, ici aussi, d'obtenir par des dispositifs de répartition appropriés, une distribution uniforme de l'eau chaude à vitesse réduite sur la surface entière, pour arriver à une bonne séparation de l'eau chaude d'avec l'eau plus froide inférieure. Dans ce but, on peut par exemple, suivant la figure 2, utiliser à la surface de l'accumulateur, un canal annulaire extérieur, dans lequel l'eau chaude est pompée et par le bord duquel elle déborde régulière- ment sur tout le pourtour.
Pour une répartition régulière à la surface, on peut en outre utiliser, suivant la figure 2, des parois S en forme d'étoile, tandis que les parois conductrices D dans la partie inférieure de l'accumulateur veillent à l'as- piration régulière de l'eau froide. Lors de la décharge, les parois de répartition S produisent judicieusement une aspiration uniforme de l'eau chaude à la surface.
Naturellement, on peut aussi amener ou enlever inversement l'eau froide à la partie inférieure, par l'intermédiaire d'une canalisation annulaire et l'eau chaude à la partie supérieure, par l'intermédiaire d'une aspiration centrale.
D'une manière analogue à un accumulateur à déplacement de construction usuelle, l'état de charge de l'accumulateur 9 est indiqué par des thermomètres qui sont répartis uniformément au dessus du niveau de l'accumulateur. Dès que le processus de charge est terminé, les vannes à eau d'accumulateur g et f sont fermées, les vannes à eau de réfrigération c et d, ouvertes et par l'ouverture des vannes a et b ou la fermeture de la vanne e, la turbine à basse pression 3 est remise en haut régime ou, si
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elle fonctionnait en service d'entraînement, de nouveau raccor- dée en service normal de condensation.
L'ouverture et la ferme- ture de ces vannes doivent s'effectuer judicieusement et lente- ment, de telle sorte que d'une part le condenseur 4 ne soit pas refroidi trop rapidement, la turbine 3 ne soit pas remise en haut régime trop rapidement et la 'contre-pression de la turbine
2 ne soit pas réduite trop fortement. Ceci peut être contrôlé par des appareils régulateurs appropriés.
Semblablement à la turbine à basse pression 3, la turbine de l'accumulateur' 6 peut soit fonctionner en permanence en ser- vice d'entraînement ou être remise en haut régime, mais unique- ment pendant la pointe de charge, et être raccordée au généra- teur 5 par l'intermédiaire de l'accouplement à embrayage et dé- brayage 11.
Comme déjà mentionné, l'accumulateur 9 est utilisé, en ce .qui concerne le coût de construction le plus bas possible, avec une température d'eau chaude qui n'est que peu supérieure ou inférieure à 100 C et, en conséquence, avec une pression qui n'est que peu supérieure ou inférieure à la pression atmosphé- rique, ce qui rend possible, simultanément et de la manière indiquée, un agencement particulier et favorable de l'accumula- teur dans le système de l'installation des turbines principales de condensation.
L'accumulateur peut être constitué soit par du béton à l'acier soit par des tôles relativement minces avec toit léger et le maintien des températures de l'accumulateur dans les limites pré-décrites peut être assuré par des régula- teurs de température et de pression appropriés, qui, lors de la charge, règlent, par exemple par action sur les soupapes f ou g@ le courant d'eau de circulation, proportionnément à la quantité de vapeur produite de la turbine 2. Ces régulateurs peuvent aussi agir sur la soupape à vapeur fraîche 2 lors de courants de circulation d'eau chaude constants, de telle sorte que la
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quantité de vapeur nécessaire au chauffage de l'eau à par exemple 100 C ne s'écoule chaque fois que par la turbine 2.
Le maintien de la pression dans l'accumulateur 9 peut aussi être obtenu d'une manière connue par une petite soupape additionnelle pour vapeur réglée en fonction de la pression, et qui maintient un matelas de vapeur sur le niveau d'eau de l'accumulateur 9.
Au lieu de ce matelas de vapeur, on peut, suivant l'invention, utiliser un tube conçu en forme de U retourné (fig. 2) qui est conduit, du toit de l'accumulateur, dans l'atmosphère et dont le coude supérieur contient en permanence un mélange vapeur-air qui empêche l'air de pénétrer dans la chambre située au dessus du niveau d'eau. Ce tube est avantageusement isolé depuis le toit de l'accumulateur jusqu'au coude supérieur, pour éviter la condensation des mofettes de vapeurs. Grâce à ce tube, une com- pensation de pression avec l'atmosphère est rendue possible lors, de températures trop élevées ou trop basses dans l'accumulateur, et une circulation permanente de l'air, qui entraînerait des pertes de chaleur importantes, est empêchée au-dessus du niveau d'eau.
Dans une autre réalisation de l'invention, il est possible de concevoir et de régler la turbine de l'accumulateur 6 comme suit :
Le plus simple est de réaliser la turbine 6 comme une tur- bine - d'ordinaire à étages multiples - pour un ou plusieurs courants de vapeur montés en parallèle (suivant la grandeur du volume de vapeur d'échappement et du nombre de tours) sans étage de réglage particulier, les charges partielles étant ré- glée avant la turbine par étranglement de la quantité de vapeur et par diminution correspondante de la pression de la vapeur.
Si l'on admet aussi une diminution de la pression dans le déten deur 8, il peut être suffisant, pour le réglage de la charge partielle jusqu'à la marche à vide, ainsi que pour le régime
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élevé de la turbine de l'accumulateur, de ne régrer que la sou- pape modératrice à eau chaude n, par exemple automatiquement sous l'influence d'un régulateur. de vitesse propre à la turbine 6 avec un réglage à une valeur théorique propre. Dès lors, la pression dans l'évaporateur 8 se modifie aussi d'une manière relativement égale au courant de vapeur, mais aussi, simultané- ment, la température de l'eau détendue et les quantités partiel- les de vapeur se formant dans la soupape modératrice n par m3 d'eau.
Lors de charges plus fréquemment et plus fortement varia- bles de la turbine de l'accumulateur, la séparation en deux couches de l'eau dans l'accumulateur 9 pourrait être perturbée par les températures variables de l'cau froide dans l'évapora- teur 8. Dès lors, on appliquera ce montage d'une manière prédo- minante, lorsque la turbine 6, lors de la décharge, est la plu- part du temps presque complètement chargée. On peut aussi inter caler dans la canalisation de vapeur, entre l'évaporateur 8 et la turbine 6, une soupape modératrice m, qui ordinairement est actionnée en fonction du régulateur de vitesse.
D'ailleurs, on peut aussi utiliser les régulateurs de vitesse de la-turbine principale 2 pour la mise au point et le réglage de la charge de'la turbine 6, lorsque, par exemple, on règle le début d'ou- verture de la soupape m (ou n)-en dessous de l'ouverture des soupapes.¯régulatrices de la turbine principale, elles devien- nent ainsi en quelque sorte les soupapes de surcharge de celle- ci. En disposant une soupape modératrice de vapeur particulière m, on règle en général la soupape à eau chaude n à une pression constante mais réglable dans l'évaporateur 8. De même, l'eau froide est pompée en retour dans l'accumulateur 9 à une tempéra- .ture constante, indépendamment de la charge.
Inversement, on peut aussi actionner l'a soupape m en fonction du régulateur de vitesse et la soupape m en fonction du régulateur de pression ou actionner les deux soupapes d'une manière combinée par les
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deux régulateurs. Un autre avantage de l'application simultanée des soupapes n et m est que, lors d'une décharge soudaine, par exemple par la mise hors circuit du générateur, l'eau se trou- vant dans l'évaporateur 8 ne s'évapore pas dans la turbine, de sorte qu'un dépassement inutile de la vitesse est évité. On peut encore faire agir sur les soupapes m et n des impulsions de régulation ultérieures, soit qu'il s'agisse d'impulsions limitées, soit de régulateurs avec valeur théorique.
Ces gran- deurs de régulation peuvent être la pression ou la température dans l'évaporateur, le niveau d'eau dans l'évaporateur, la tem- pérature dans l'accumulateur, la puissance livrée à un autre réseau, etc.
Naturellement, l'étranglement de la vapeur dans la soupape m signifie, lors de charges partielles, une perte en énergie, .qui, eu égard en particulier à la chute faible en soi jusqu'au condenseur, a une influence défavorable sur la rentabilité lors de la charge partielle de la turbine 6. On peut aussi améliorer le rendement de la charge partielle de l'installation d'une manière connue en soi par l'incorporation d'un étage de régula- tion à pression constante en tête de la turbine 6 avec régula- tion de groupe de tuyères et ou par des soupapes de dérivation avec dérivation des étages de charge partielle intercalés et apport de vapeur dans les étages suivants lors de charges plus élevées.
Dans une autre réalisation de l'invention, on peut, avec des turbines à flux multiples 6, ainsi qu'elles devraient ordinairement être lors de charges plus élevées, obtenir un bon rendement de charge partielle, du fait que chaque flux de va- peur est admis individuellement par une soupape propre ml, m2 etc dotée d'une série d'ouvertures échelonnée. De la sorte, le rendement de pleine charge est atteint, au moins pour les sou- papes chaque fois commandées lors des charges partielles corres pondantes, puisque les parties non alimentées de la turbine
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fonctionnent en service d'entrainement avec de plus petites quantités de vapeur réfrigérante, sous vide poussé avec de très faibles pertes.
Du point de vue construction, cette mesure est très simple et est obtenue sans frais supplémentaires particu- liers, le rendement de pleine charge s'élevant ainsi à une va- leur maximum possible qui ne peut être obtenue lors d'une régu- lation de groupe de tuyères avec étage de réglage et encore moins lors d'une régulation par dérivation.
Lorsqu'elle peut être découplée, la turbine 6 est pourvue d'un propre régulateur de sécurité qui agit sur la soupape d'eau chaude n ou sur la soupape de vapeur m ou simultanément sur les deux ou sur une propre soupape à fermeture rapide, entre l'accu- mulateur 9 et le détendeur 8, ou dans les canalisations de va- peur pour la turbine 6.
,Dans une autre réalisation de l'invention, par exemple sui- vant la figure 3, la vapeur peut être amenée, à partir de plu- sieurs évaporateurs montés en-série et en cascade 8a, 8b, 8c, etc. et par'l'intermédiaire de soupapes s'ouvrant d'une manière échelonnée ml, m2, m3, dans les groupes de tuyères, les étages de dérivation ou les flux parallèles individuels de la turbine, qui, lors de charge croissante, sont admis avec une série d'ou- vertures échelonnée. Grâce à ce montage, la soupape d'admission n'à eau chaude peut être avantageusement réglée à la pression constante dans le dernier évaporateur (8c). L'eau peut déborder d'une manière appropriée de l'évaporateur 8a dans l'évaporateur 8b, sans soupape modératrice propre, mais uniquement par un col de cygne à eau (siphon), conformément au schéma de la figure 5, de même que de 8b en 8c.
Aussi longtemps que les soupapes m2 et M3 sont fermées, la même pression règne dans les .3 évaporateurs.
Si, dans le but d'une augmentation de la charge, la soupape m2 est tout d'abord ouverte, la pression tombe dans l'évaporateur 8b, l'eau s'écoulant de 8a s'évapore et le travail est produit
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dans la turbine partielle 6b. La pression dans l'évaporateur 8c qui ne fournit encore aucune vapeur, est aussi élevée que dans l'évaporateur 8b. Si, comme déjà mentionné, la soupape m à eau chaude est réglée à une pression constante dans l'évaporateur 8c, ceci signifie que, lors du début d'ouverture de la soupape m2, la pression doit être augmentée dans l'évaporateur 8a, ce qui, simultanément, a pour effet d'accroître encore la puissance de la turbine partielle 8a. Lors de l'ouverture de la soupape m3, le même processus se déroule entre 8b et 8c.
Lors de pleine charge, les températures de vapeur saturée peuvent, par exemple être égales à 90,80 et 70 C dans les évaporateurs 8a, 8b et 8c, ce qui est obtenu en donnant des dimensions adéquates aux sec- tions des 3 turbines partielles 6a, 6b et 6c. Toutefois, tout autre échelonnement de pression et de température est aussi possible.
L'avantage de cette disposition est qu'avec les va- leurs des exemples chiffrés précités, le rendement de l'accumu- lateur 9 correspond approximativement à la température moyenne de 80 , mais la capacité en kWh de l'accumulateur 9, à la tempé rature inférieure de 7000..Grâce à cette disposition, on peut donc non seulement améliorer efficacement le rendement de charge partielle de l'installation, mais aussi, pour une même valorisa- tion de la capacité de l'accumulateur, le rendement de pleine charge ou, inversement, pour un même rendement de pleine charge, la valorisation de la capacité.
Si, par exemple, on compare le montage suivant la fig. 3, pour lequel les températures d'évapo- ration sont 90,80 et 70 C, avec le montage suivant la fig. l, on obtiendra, dans la fig. 1, le même rendement pour une tempé- rature d'évaporation de 80 C. Toutefois, l'accumulateur 9 sui- vant la fig. 1 devrait être d'environ 50% plus grand que celui de la fig. 3.
D'un point de vue général, l'avantage de ltinstal- lation de-l'accumulateur suivant la présente invention est qu'il est possible d'obtenir dans une installation existante, suivant
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le réglage de la pression dans les évaporateurs 8, soit des puissances élevées d'une durée relativement courtes pour un . rendement élevé, soit de plus faibles puissances pendant des temps plus longs pour un rendement diminué, mais un rendement énergétique total en kWh plus élevé. En cas de nécessité, on peut même décharger plusieurs fois.de suite, le même accumula- teur, notamment par exemple en une première décharge de 100 à
85 C, en une seconde tranche de décharge de 85 à 70 C et en une troisième de 70 à 55 C.
La puissance maximum possible est alors, pour de mêmes sections de turbines, plus faible dans les deuxiè me et troisième tranches de décharge, la durée de la période de décharge étant toutefois proportionnément plus longue. De cette façon, l'installation de l'accumulateur convient d'une manière particulièrement avantageuse, non seulement à la fourniture de puissance de peu de durée pour couvrir les pointes (par exemple journellement 2 à 3 heures), mais aussi à la fourniture de lon- gue durée de puissance plus faible en soi, avec néanmoins une -quantité de' travail plus élevée en vue de couvrir les dégâts éventuels de plus longue durée dans d'autres installations, un rendement plus faible étant alors pris en considération par suite de la décharge plus poussée.
La figure 4 montre, pour une détente en un temps de l'eau de l'accumulateur à 100 C, en fonction de la température ts8 de la vapeur saturée dans l'évaporateur 8, dans la courbe al, la consommation spécifique de vapeur d en kg/kWh du turbo- groupe 6 + 5, rapportée aux bornes du générateur 5 pour un ren- dement de 80% de la turbine 6 avec générateur, et, dans la cour be a2, la même consommation de vapeur, rapportée au travail .utile, c'est-à-dire après déduction du travail à consommer par les pompes 13, 14 et 15 lors de charges ou de décharges de l'ac- cumulateur i dans des hypothèses plausibles.
La courbe bl montre, le rendement de l'accumulateur nsp de l'installation, défini
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par-le.rapport de la quantité d'énergie utilisable de vapeur de l'accumulateur lors de décharges à la quantité d'énergie de la vapeur de la turbine principale, qui n'est pas utilisée lors de charges dans la turbine à basse pression 3.
La courbe b2 montre ce même rendement en tenant compte du travail des pompes. On admet ici que les turbines 3 et 6 ont des rendements égaux.
La courbe cl montre l'espace nécessaire r de l'accumula- teur par kWh produit en me/kWh, rapporté aux bornes du généra- teur. La courbe c2 ce même espace en tenant compte du travail des pompes.
Toutes les courbes sont valables dans l'hypothèse d'une pression de vapeur d'échappement de 0,03 atm. Suivant l'inven- tion, la pression dans l'évaporateur 8, lors d'une pleine charge de la turbine 6, doit se situer entre 0,3 et 0,6 environ, cor- respondant à un domaine de température ts8 allant d'environ 68 à 85 C, puisque, pour une pression plus basse, le rendement devient trop mauvais, sans que s'oppose à celui-ci une réductiol suffisante de l'accumulateur, tandis que pour une pression plus élevée dans le détendeur, le coût de la construction de l'accu- mulateur augmente considérablement.
Pour une détente en plusieurs temps, les mêmes considéra- tions sont valables.
De plus, l'accumulateur à eau chaude de la présente inven- tion convient aussi très bien à la réception et à la valorisa- tion de plus grandes quantités de vapeur ou d'eau chaude, telles qu'elles se produisent en particulier lors du démarrage et de l'arrêt des chaudières et des turbines, ainsi que lors de l'ar- rêt soudain de la charge, par exemple par suite de perturbations dans le réseau électrique.
Les points suivants sont à considérer en particulier :
Les-quantités d'eau avec lesquelles les surchauffeurs d'une
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chaudière de circulation classique sont-remplis lors du chauf- fage et qui doivent être purgées avant que la fourniture de va- peur ne commence ;
Les quantités d'eau et de vapeur d'une chaudière à circu- lation forcée, qui sont également purgées.avant le début de la fourniture de vapeur;
La surproduction de quantités de vapeur lors de l'arrêt soudain de la charge ou lorsque la charge de la turbine est trop petite en proportion de la charge minimum de la chaudière;
La vapeur d'échappement des pompes d'alimentation avec les turbines à vapeur, qui, par suite de l'arrêt de l'électro-pompe d'alimentation, doivent être remise en marche en peu de temps;
La vapeur d'échappement des pompes à huile auxiliaires pour vapeur et d'autres machines auxiliaires, que l'on place difficilement dans le circuit normal de chaleur.
Ces quantités de vapeur et d'eau chaude sont avantageuse- ment condensées ou mélangées à peu près à la pression atmosphé- rique dans un récipient de détente particulier avec de l'eau froide provenant de la partie inférieure de l'accumulateur; l'eau chaude formée et d'environ 100 C est pompée dans la zone supérieure d'eau chaude de l'accumulateur 9. Au besoin, ceci peut se faire automatiquement.
De cette façon, on parvient.à utiliser économiquement les quantités excédentaires de chaleur précitées, produites le plus souvent en peu de temps, quantités qui auraient été perdues lors des fréquenets démarrages et arrêts des chaudières et des turbines et qui serviront à alimenter les réseaux électriques avec des charges de nuit relativement basses.
REVENDICATIONS.
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