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~FGISTRE DE DEvT~TIr~ DES E~lM~FC D ' I~STAT T ~TION DE
fF~TRAT~Fc TTFCTRIOI~ES DITFC A CyrTT~ rrMRTNF
O}~iet de 1 'inv~nti on La présente invention VisR à apporter des améliorations au registre de déviation des fumées qui est destine aux centrales électriques dites a cycle combiné.
,Z~rriPre--rl ~n t~rhn~l o~ique Les centrales électriques dites à cycle combiné
sont constituées d'une turbine à gaz entraînant un alternateur, d'une chaudière de récupération d'énergie générant de la vapeur et d'une turbine à vapeur entra~nant également un alternateur.
Une chaudière est prévue pour récupérer l ' énergie calorifique contenue dans les gaz d' échappement de la turbine à gaz, les derniers étant en fait caractérisés par un grand volume et une température élevée.
Le cycle combiné se caractérise par une pollution très réduite, un rendement très éleYé, et une grande vitesse de démarrage.
Dans ce type d' installation, un conduit de dérivation des fumées, qualifié géneralement de "by-pass fumée", est géneralement installé sur le circuit des gaz d'échappement de la turbine à gaz, avant la chaudière, afin de permettre, selon les necessités, de diriger les gaz chauds soit directement vers l ' atmosphère, soit vers la chaudière .
Ceci assure une indépendance des cycles gaz et vapeur et permet de bénéficier des avanta~es inhérents à la Wo 95/27863 2 1 8 ~ ~ 8 9 t ~1 /D1~
turbine à gaz, à savoir un démarrage extremement rapide et un delai d'installation très court, lorsque le cycle vapeur n'est pas disponible ou n'est pas nécessaire. La turbine travaille alors en cycle ouvert c'est-a-dire avec évacuation 5 directe des fumées à l ' atmosphère.
Bien entendu, le by-pass fumée doit être équipé
d' un organe permettant de dévier le débit de gaz chaud, a savoir un registre de déviation des fumées.
Il est à noter que le marché actuel des turbines 10 à gaz tend à une augmentation des pl~i ccAnrP~ des machines qui vont actuellement de 100 MW jusqu'à 230 MW, puissances qui risquent d' aller au-delà dans un proche avenir.
Dans ces conditlons opératoires, les gaz circulent à des vitesses de l'ordre de 100 à 150 l~n/H et présentent des 15 températures de l ' ordre de 650C.
Le registre de déviation des fumées qui est en fait un équipeme~t= sophistiqué, doit ~ répondre à beallcpup de critères de performances. On peut ~iter entre autre un tres haut niveau d' étanchéité = et une manoeuvrabilité rapide et 20 fiable en toutes circonstances. Il convient de noter également que ce fonctionnement est soumis a des conditions très sévères: très grandes dimensions (de l ' ordre de 6mx7mx7m), ~empératures élevées des fumées; chocs thermiques importants, haute vitesse des fumées et grandes turbulences 25 de celles-ci.
On connait déjà plusieurs technologies qui sont appliquees lndustri Pl l nt et qui beneficient chacune de leurs avantages et inconvénients.
On conna~t notamment les dispositifs dits "multi-30 ventelle" qui comportent deux registres, l'un sur le by-pass iumée, l ' autre sur le conduit des gaz en direction de la chaudi ère .
Chacun de ces registres se compose généralement de plusieurs volets tournant chacun sur leur axe. La rotation 35 des volets ouvre ou ferme le conduit des gaz où il est disposé .
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Cette techni~ue permet une bonne capacité de réglage du débit des fumées mais cette caractérlsti~ue n ' est pas recherchée en cycle cor~biné. Leurs inconvénients sont la faible performance d'étanchéité du fait de la grande 5 longueur de leur joint d' etanchéité et un risque non négligeable pouvant provenir de la fen~Leture simultanée des deux registres ce qui entraInerait des dégâts importants au matériel amont.
Ces registres, par suite de leurs faibles 10 performances, ne sont pratiquement pas utilisés en cycle combiné mais sont réservés à des applications industrielles où un réglage de débit des fumées vers la chaudière peut s ' avérer nécessaire .
Il existe aussi des dispositifs à simple porte 15 articulée sur un arbre moteur. La porte ferme soit le conduit des gaz vers la chaudière, soit le conduit des gaz vers le by-pass.
Ce type de matériel offre de très bonnes performances d' étanchéité, garantissant le rendement maximum 20 au cycle combiné et est bien adapté aux ~-hinPs de puissance jusqu'à 120 MW.
Néanmoins, du fait de la pression des gaz qui s ' oppose au début à l ' ouverture de la porte puis ensuite vers le milieu de la course d'ouverture, les gaz d'échappement 25 tour à tour s'opposent ou facilitent l'ouverture ce qui provoque de fortes vibrations puis enfin cette pression tend à augrenter la vitesse d'ouverture, toutes ces variations tres importantes de contraintes dans l ' arbre support de porte ainsi que dans tout le système de, ~nr1P nécessitent un 30 ensemble de très forte dimension. Un autre inconvénient résulte de la limite technologique de hauteur de porte, interdisant son utilisation pour les turbines à gaz modernes de grande puissance.
Ce type de registre est cependant de loin le plus 35 couramment utilisé de par le monde, pour des turbines à gaz limitees en puissance.
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On a en conséquence proposé des registres à simple porte mais dont la ~ qn~le est assurée par un arbre auxiliaire, qualifié genéralement de "Toggle". , Dans cette forme d' exécution, une simple porte est montée sur un arbre support mais la ~ ~n~.o s'effectue par .
un arbre tubulaire séparé relié à la porte par des bielles.
Tout en offrant les mêmes avantages que les registres à 1~ qnr~o directe précités, elles peuvent etre mieux adaptées aux turbines à gaz de grande puissance.
Cependant, leurs inconvénients sont que le problème d'instabilité existe toujours quoi~ que réduit par rapport à
la solution precedente.
De plus, la commande hydraulique est plus difficile A implanter, I'arbre ayant une rotation supérieure a 120C.
L'arbre de, ~n~.~ tubulaire doit etre de gros diamètre et d'PpAisse1lr importante car, étant situé dans le by-pass fumée il subit des contraintes thermiques et mécaniques importantes lors de la manoeuvre de la porte.
On a également proposé des registres à trois portes qui sont constitués de trois portes indépendantes les unes des autres et qui ferment chacune une partie du passage des fumées. Tout en étant adaptables aux turbines à gaz modernes de grande puissance, ils se caracterisent par de moins bonnes performances d'étanchéité (résultant de la surlongueur des joints d'étanchéité) par une complexité de - n~l~S
importantes puisqu'il faut agir sur trois arbres et par une sécurité intrinsèque douteuse du fait qu'une ouverture accidentelle est possible par simple défaut de la tension électrique.
1e document W0~8/09~5~ decrit un mécanisme de commande de porte exposé aux fumées à haute température, de telle sorte que l ' arbre et les bielles subissent des contraintes thermiques importantes lors de la manoeuvre de la porte, pouvant conduire à des déformations qui peuvent porter préjudice a l'étanchéité de la porte. En effet, les joints flexibles ne possèdent qu'une capacité dladaptation 2186~89 wo gs/27863 A .~
limitée et insuffisante pour compenser les déformations subies par une porte "voilée".
Le document US-A-3 605 811 décrit un mécanisme qui peut être assimilé à une vanne ou un distributeur pneumatique , 5 de type à tiroir coulissan~l qui présente comme principal inconvénient une étanchéité insuffisante à hautes températures .
De par sa conception, les dimensions de la vanne sont forcément réduites. Le fait d'utiliser le principe de 10 couIissement du tiroir avec une certaine précision d'usinage, en particulier des glissières, ne permet pas de s ' ~cl ~der de températures élevées ni de grands débits gazeux.
En outre, on observe que le vérin qui - ~,n~ le tiroir est en attaque directe, de telle sorte que la tige de 15 celui-ci souffrira des contraintes thermiques imposees au système .
Le document EP-A-0 533 282 décrit le principe de commande d'une porte par un arbre charnière. Ainsi que déja mentionné, il convient de noter que ce type de, ~ndf~ est - 20 réservé aux portes de petite dimension et aux turbines de puissance limitée. En effet, pour des tailles supérieures, on observe que le couple moteur de l ' arbre atteint des valeurs élevées cnn~ ; s~nt a surdimensionner le mécanisme.
En ~ outre, la r~ ~n~l.o par l ' arbre dans le cas de 25 l'utilisation de portes de grande dimension, n'offre aucune garantie contre les vibrations lors de manoeuvres d'ouverture et de fermeture.
Le document US-A-4 354 528 décrit un registre utilisé dans une application totalement différente 30 (coIlecteur de poussière) dans laquelle l'étanchéité n'est en aucun cas requise. En outre, on observe que la tige de cr~-~ntl~ du volet est quidée dans un tube de sortie et ne peut en aucun cas être exposée aux hautes températures qui seraient susceptibles de la détériorer ou qui risqueraient 35 de la coincer dans le tube de guidage.
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Le document FR-A-2 305 666 décrit un registre pour carneaux de fumée mais qui ne concerne probablement pas les turbines à gaz. On observe que dans ce document, la direction des fumées se présente dans le sens articulation - extrémité
en glissant vers la porte, de telle sorte que la manoeuvre par un systeme à cables d ' une porte placée dans un tel courant gazeux va provoquer le problème suivant: pour une position précise de la porte, les turbulences qui se creent dans une zone située au nez de celle-ci vont engendrer des efforts aérodynamiques variables en = intensité et en direction. Ceux-ci vont provoquer des v;hr~t;nnc qui risquent de s ' amplifier si la porte se met en resonnance avec son système de commande qui est elasti~ue, éventuellement jusqu'à
la ruine de celui-ci. Il convient enfin de noter que le - système à câbles, de par son élasticité, n'assure pas un poslt;onr t précis de la porte, car celui-ci dépend essentiellement de la position d'équilibre entre la pression des gaz agissant sur une face et l'élasticité du système de manoeuvre .
BUtC visé~ r la ~ro~nte invf~ntinn ~a présente invention vi~se à offrir un dispositif amélioré adaptable aux registres des machines actuelles ainsi qu' à celles futures de puis5ance élevée en particulier, tout cela en évitant les inconvénients precités de5 solutions de 1 ' état de la technique .
En particulier, la présente invention vise à offrir un dispositif qui permet de combiner les avantages suivants:
une bonne étanchéité, une ~ In,l,~ non exposée aux hautes températures, des pièces simples de manoeuvre de porte ainsi qu'une conception pouvant s'adapter aux grandes dimensions de gaines dans le cas de turbines puissantes.
Divers avantages, caractéristiques techniques et perfectlonnements propres à l'invention appara~tront dans la description qui suit des eléments caractéristiques de l'invention et de formes d'exécution preférées de l'invention WO 9s/27863 2 1 ~ 6 ~ ~ 9 ts c :~ractr ristt ~ q de l ~ inv~nti cn Pour atteindre les buts précités, il importe de protéger autant que possible les eléments de r nrt,~ de la porte, de l'effet de chocs thermiques auxquels ils sont 5 exposés dans les formes d'exécution préc~t~ ^nt décrites.
La solution proposée par l ' invention consiste en un registre constitué d'une seule porte articulee sur un arbre destiné uniquement à supporter la porte afin de bénéficier des avantages qui y sont associés dans la forme 10 d' exécution "Toggle" .
Selon la forme d'exécution de l'invention, la manoeuvre de la porte s'effectue par des tirants articulés dans le bas de la porte par l ' intermédiaire de rotules sphériques et qui traversent le corps du registre dans une 15 paroi oblique latérale du conduit de fumée.
Les tirants sont connectés a une poutre transversale guidée, elle-même manoeuvrée par des moyens appropriés situés de part et d'autre du corps du registre.
De préférence, cette manoeuvre est assurée par deux 20 vérins dont le mouvement rectiligne ouvre ou ferme la porte en imprimant à la poutre transversale guidée un uv~ ~nt essentiellement vertical le long des guides de la poutre.
~ fin de réduire nettement les pertes de charge des fumées en cycle ouvert ainsi que la génération de bruits, 25 consécutive au changement brutal de direction des fumées, diverses mesures spécifiques sont prévues selon l ' invention .
D'une part, la porte dans sa position fermée vers la chaudière, c'est-à-dire celle du fonctionnement en cycle ouvert est disposée selon un angle incliné par rapport à
30 l 'horizontale.
Ceci contribue à guider les fumées en cycle ouvert vers la cheminée.
D'autre part, le coin supérieur vers le by-pass est fortement coupé par une paroi latérale, de préférence 35 pratiquement parallèle a la porte dans ladite position f ermée .
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Finalement, le fond du registre comporte un logement pouvant recevoir le bas de la porte et ~ormant butée pour celle-ci.
Toutes ces mesures contribuent à éviter les turbulences pouvant entralner des pertes de charge et des bruits et de plus, le coin coupé permet aisément de recevoir le point de passage des tirants dans la paroi ~atérale du registre .
La porte est constituée d'un chassis tubulaire de résistance étudié pour pouvDir résister éventuellement à des efforts de torsion, assurant ainsi une grande stabilité de l'ensemble, et sur leouel sont montées des faces d'étanchéité
munies chacune de joints d' étanchéité simples ou doubles et d' isolation thermioue. Les faces sont reliées au châssis par un système souple, permettant de maniere connue en soi, les libres dilatations différentielles entre les eléments.
1es ~oints d'étanchéité sont du type classique à
lamelles metallurgiques souples, montes en simple ou double rangées, éventuellement avec injection d'air d'etanchéité
assurant une totale etanchéite aux fumées.
1'~r~1=nrh~; té des tirants au passare du corps, est réalisée par un système de labyrinthe muni ou non de segments d' étanchéité, montés sur un système mobile permettant des - uv~ ts transversaux relatifs des tirants par rapport au corps. Par une disposition appropEiée des tirants, les r uvl ts transversaux précités sont cependant généralement de faible ampleur.
Dans cette forme d'exécution, l'arbre de la porte a uniquement pour fonction de soutenir celle-ci, cet arbre n'est donc pas moteur et ses extremités ne traversent pas le corps du registre et aucun arbre moteur complémentaire (qui dans le cas de la forme d' exécution Toggle est prévu) n'existe dans la forme proposée, ce qui évite les problèmes d'étanchéité spécifiques à ce niveau.
1es paliers de l'arbre support selon la forme d' exécution sont également constitués de rotules sphériques, ! 2186~8'9'' WO gS/27863 ~ , 5 De manière classique et connue en soi, le corps du registre est isolé thermiquement, soit intérieurement, soit extéri eurement .
Les systèmes de . sn~le incluant des vérins 5 peuvent etre mécaniques ou hydrauliques. Dans le cas d'une commande hydraulique, un système de contrôle est prévu pour assurer en permanence la manoeuvre parfaitement synchronisée des deux vérins.
De plus, le registre peut etre équipé d'une tole 10 de fermeture intégrée, installée à la sortie du registre en direction de la chaudière et qui assure une étanchéité totale aux fumées et à la température et permet le montage et/ou 1 ' entretien de la chaudière tout en maintenant la turbine à
gaz en service, en cycle ouvert.
- - Par rapport aux systèmes existants, le dispositif de l'invention offre des avantages importants:
- Dimensions réduites de 1 ' arbre puisque uniquement support de porte et non moteur.
- Les tirants travaillent en traction-compression pure, et sont donc facilement chargés: les lourdes pièces résistant mal aux contraintes thermiques sont évitées.
- Les pertes de charge fumée sont réduites en fonct; ~nn~ t de la turbine à gaz vers le by-pass fumée: le rendement s'en trouve nettement amélioré
en cycle ouvert.
- - Les dimensions sont adaptables à toute turbine à
gaz, quelque soit sa puissance et sa température d' échappement.
- La porte est fermement tenue en ~ points avec jeux réduits et de par sa conception le point d'instabilité n'existe pratiquement plu5.
- Pas de fuite aux étanchéités d'arbre puisque l ' arbre ne traverse pas le corps: gains en - rendement, plus de risques inhérents aux fuites de gaz chauds .
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- De par la forme genérale, la génération de bruit est fortement réduite et permet d'éviter un silencieux additionnel eventuel.
L'invention sera décrite~ plus en détail sous forme 5 d'un mode d'exécution préféré de l'invention en référence aux dessins annexés, le tout étant destlné à illustrer l ' invention, sans aucun caractère limitatif .
Brève descril~tion rlAC deS.Ct nc L2 figure 1 es~c une représentation sche~matique lO d'une centrale électrique a cycle combiné.
La figure 2 représente~ une vue de côté, schématique, en coupe partielle, d'un registre à tirants traversants selon 1 ' invention dans la position d' ouverture vers le conduit de derivation des: fumées (by-pass fumée) .
La figure 3 est une vue schematique similaire à la figure 2 illustrant les deux positions de la porte et le mouvement des tirants.
La figure ~ est une vue de face, de la gauche vers la droite, c'est-à-dire du coté turbine à gaz vers chaudière correspondant à la figure 2.
La figure 5 est une vue genérale en perspective du registre depuis l'arri~re, c'est-à-dire que les gaz provenant de la turbine à gaz arrivent depuis la droite de la figure.
La figure Fest une vue de détail de l'articulation de la porte sur son axe (détail ~A sur la figure 3) .
La figure 7 est une vue de ~étail des joints d'étanchéité pour des tirants dans le corps du by-pass (detail B sur la figure 3) I~Aqnrintinn d~llnA f, d'A~ tinn l~réfPrée de l'invAntion.
Une centrale electrique à cycle combiné, comme l'indique la figure 1, es~ essen~iellement constituée d'une turbine à gaz 1 entraSnant un alternateur, d'une chaudière de récuperation d' énergie 3 générant de la vapeur servant à
alimenter une turbine a vapeur entralnant également un alternateur Un registre 2 doit permettre selon le cas ~ ~186~`9`
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d'utilisation ou non de la chaudière, de diriger les gaz soit directement vers l'atmosphère par la cheminée 4, soit vers la chaudiere 3 et ensuite vers l ' atmosphère par la f~hf~mi née 5.
La caractéristi.q~e essentielle est le fait que le registre selon l ' invention est tout d ' abord mono-ventelle donc est constitué d'une seule porte 10 articulée à un arbre 11 destiné unIquement à supporter la porte.
Selon l ' invention, la manoeuvre de la porte s ' effectue par des tirants 13 articulés dans le bas de la porte par l'intf~ ciiAire de rotules sphériques 15. Les tirants articulés traversent le corps du registre 2 dans une paroi oblique latérale 22 du conduit de dérivation de fumée 21 .
Comme il appara~t le mieux aux figures 4 et 5, les tirants sont connectes à leur partie supbrieure à une poutre transversale 31, elle-même manoeuvrée par des moyens appropriés, situés de part et d'autre du corps du registre en l ' occurrence, des verins hydrauliques 35 .
Avantageusement, la poutre 31 est maintenue dans un dispositif de guidage 33.
La porte peut ainsi effectuer un mouvement depuis une position sensiblement horizontale qui ferme le conduit de dérivation de fumée ~indiqué co~me lO ' dans la figure 3) vers une position (indiqué comme lO' ' dans la figure 3) qui est :inclinée par rapport à l'horizontale, le coin 40 vers le by-pass est fortement coupé pour les raisons citées dans les élements caractéristiques.
Avantageusement, le fond du registre comporte un logement formant butée 41 pouvant recevoir la porte et éviter des :turbulences qui autrement seraient provoquées par la partie saillante de la porte debordant du fond.
La porte est constituée d'un châssis tubulaire de résistance sur lequel sont montées des faces d' étanchéité.
Les joints d'étanchéité sont de type classique.
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Pour ce qui concerne l ' étanchéité des tirants 13 au passage du corps du registre, plus particulièrement sur la partie inclinée 22, l'invention prévoit que le tirant est pourvu d'un systeme d'étanchéité à soufflets 43 qui permet 5 des mouvements transversaux relatifs des tirants par rapport au corps 22.
Un système de labyrinthe de préférence muni de segments d'étanchéité permet également le mouvement longitudinal du tirant par rapport au corps.
Ainsi qu'on le notera, une disposition appropriée des tirants permet le mouvement complet ~depuis la position 10' vers la position 10'') de la porte avec des mouvements transversaux limités des tirants par rapport au corps du registre. ~ ~ ~
On notera égale~ent que contrairement aux dispositifs de l'etat de la technique, aucun arbre de commande n'est disposé dans le courant de gaz chauds ~fuméesl dérivé par le by-pass. 2 Wo 9 ~ 27863; - I _lID / ~
~ DEGREE DEGREE ~ TIr ~ DES E ~ lM ~ FC D'I ~ STAT T ~ TION OF
fF ~ TRAT ~ Fc TTFCTRIOI ~ ES DITFC A CyrTT ~ rrMRTNF
O} ~ iet de l 'inv ~ nti on The present VisR invention to provide improvements to the smoke deflection register which is intended for so-called combined cycle power plants.
, Z ~ rriPre - rl ~ nt ~ rhn ~ lo ~ ique The so-called combined cycle power plants consist of a gas turbine driving a alternator, energy recovery boiler generating steam and a steam turbine entered ~ nant also an alternator.
A boiler is provided to recover the energy heat content in the exhaust gas from the turbine gas, the latter being in fact characterized by a large volume and high temperature.
The combined cycle is characterized by pollution very reduced, very high efficiency, and high speed starting.
In this type of installation, a smoke bypass, generally referred to as "bypass"
smoke ", is generally installed on the gas circuit exhaust from the gas turbine, before the boiler, so allow, as necessary, to direct the hot gases either directly to the atmosphere or to the boiler.
This ensures independence of the gas cycles and steam and allows you to benefit from the advantages inherent in the Wo 95/27863 2 1 8 ~ ~ 8 9 t ~ 1 / D1 ~
gas turbine, i.e. extremely fast start-up and a very short installation time, when the steam cycle is not available or is not required. The turbine then works in open cycle, i.e. with evacuation 5 direct smoke to the atmosphere.
Of course, the smoke bypass must be equipped of a member making it possible to divert the flow of hot gas, a know a smoke deviation register.
It should be noted that the current turbine market 10 gas tends to increase pl ~ i ccAnrP ~ machines that currently range from 100 MW to 230 MW, powers which may go further in the near future.
In these operating conditions, the gases circulate at speeds of the order of 100 to 150 l ~ n / H and have 15 temperatures of the order of 650C.
The smoke deflection register which is in fact a sophisticated equipment must respond to beallcpup from performance criteria. We can iterate among others a very high level of tightness = and rapid maneuverability and 20 reliable in all circumstances. It should be noted also that this operation is subject to conditions very severe: very large dimensions (of the order of 6mx7mx7m), ~ high smoke temperatures; thermal shock high, high smoke speed and great turbulence 25 of these.
We already know several technologies which are applied lndustri Pl l nt and which each benefit from their pros and cons.
We know in particular the so-called "multi-device"
30 ventelle "which have two registers, one on the bypass the other on the gas pipe towards the boiler era.
Each of these registers generally consists of several flaps each rotating on their axis. The rotation 35 flaps open or close the gas duct where it is willing.
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This techni ~ ue allows a good capacity of adjustment of the smoke flow but this characteristic ~ ue is not sought in cor ~ biné cycle. Their disadvantages are poor sealing performance due to the large 5 length of their seal and a risk not negligible which can come from the fen ~ Simultaneous two registers which would cause significant damage to the upstream material.
These registers, due to their weak 10 performances, are practically not used in cycle combined but are reserved for industrial applications where a control of the smoke flow to the boiler can prove necessary.
There are also single door devices 15 articulated on a motor shaft. The door closes either gas pipe to the boiler, i.e. the gas pipe to the bypass.
This type of material offers very good sealing performance, ensuring maximum performance 20 in the combined cycle and is well suited to power ~ -hinPs up to 120 MW.
However, due to the gas pressure which opposes at first the opening of the door and then towards the middle of the opening stroke, the exhaust gases 25 in turn oppose or facilitate the opening which causes strong vibrations then finally this pressure tends to increase the opening speed, all these variations very important constraints in the door support shaft as well as throughout the system of, ~ nr1P require a 30 very large set. Another downside results from the technological limit of door height, prohibiting its use for modern gas turbines of great power.
This type of register is by far the most 35 commonly used worldwide for gas turbines limited in power.
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Consequently, simple registers have been proposed.
door but whose ~ sb ~ is provided by a tree auxiliary, generally referred to as "Toggle". , In this embodiment, a single door is mounted on a support shaft but the ~ ~ n ~ .o is carried out by.
a separate tubular shaft connected to the door by connecting rods.
While offering the same advantages as registers with 1 ~ qnr ~ o direct above, they can be better suited for high-power gas turbines.
However, their disadvantages are that the problem instability still exists ~ that reduced compared to the previous solution.
In addition, hydraulic control is more difficult To be installed, the shaft having a rotation greater than 120C.
The tubular, ~ n ~. ~ Shaft must be of large diameter and d'PpAisse1lr important because, being located in the by-pass smoke it undergoes thermal and mechanical stresses important when operating the door.
Three door registers have also been proposed which consist of three independent doors of the others and which each close part of the passage of fumes. While being adaptable to modern gas turbines of great power, they are characterized by less good sealing performance (resulting from the extra length of seals) by a complexity of - n ~ l ~ S
important since it is necessary to act on three trees and by a intrinsic safety questionable because an opening accidental is possible by simple fault of the voltage electric.
1st document W0 ~ 8/09 ~ 5 ~ describes a mechanism for door control exposed to high temperature smoke, so that the shaft and the connecting rods undergo significant thermal stresses during the operation of the door, which can lead to deformations which can damage the watertightness of the door. Indeed, the flexible seals have only an adaptability 2186 ~ 89 wo gs / 27863 A. ~
limited and insufficient to compensate for deformations undergone by a "veiled" door.
US-A-3,605,811 describes a mechanism which can be compared to a valve or a pneumatic distributor , 5 of slide type coulissan ~ l which has as main disadvantage insufficient sealing at high temperatures.
By design, the dimensions of the valve are necessarily reduced. Using the principle of 10 couIissage of the drawer with a certain machining precision, in particular slides, does not allow to s ~ cl ~ der high temperatures or large gas flows.
In addition, we observe that the cylinder which - ~, n ~ the drawer is in direct attack, so that the rod 15 it will suffer from thermal stresses imposed on the system.
Document EP-A-0 533 282 describes the principle of control of a door by a hinge shaft. As well as already mentioned, it should be noted that this type of, ~ ndf ~ is - 20 reserved for small doors and turbines limited power. Indeed, for larger sizes, we observe that the motor torque of the shaft reaches high values cnn ~; s ~ nt to oversize the mechanism.
In addition, the re ~ n ~ lo by the shaft in the case of 25 the use of large doors, offers no guaranteed against vibrations during opening operations and closing.
Document US-A-4 354 528 describes a register used in a completely different application 30 (dust collector) in which the seal is not in no case required. In addition, it is observed that the stem of cr ~ - ~ ntl ~ of the shutter is quided in an outlet tube and does can in no case be exposed to high temperatures which would be likely to deteriorate it or which would risk 35 to wedge it in the guide tube.
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Document FR-A-2 305 666 describes a register for smoke flues but which probably does not concern gas turbines. We observe that in this document, the management smoke is present in the articulation direction - end sliding towards the door, so that the maneuver by a cable system of a door placed in such a gas stream will cause the following problem: for a precise position of the door, the turbulence that is created in an area located in front of it will cause variable aerodynamic forces in = intensity and direction. These will cause v; hr ~ t; nnc which risk to amplify if the door resonates with its control system which is elastic, possibly up to the ruin of it. Finally, it should be noted that the - cable system, due to its elasticity, does not provide poslt; onr t precise of the door, because it depends basically from the equilibrium position between the pressure gases acting on one side and the elasticity of the maneuver.
BUtC aimed ~ r la ~ ro ~ nte invf ~ ntinn ~ a present invention vi ~ to offer a device improved adaptable to current machine registers as well that in future high power in particular, everything this by avoiding the aforementioned drawbacks of 5 solutions of 1 state of the art.
In particular, the present invention aims to offer a device which makes it possible to combine the following advantages:
a good seal, a ~ In, l, ~ not exposed to high temperatures, simple door operating parts as well that a design that can adapt to large dimensions sheaths in the case of powerful turbines.
Various advantages, technical characteristics and perfectlentions specific to the invention appear ~ tront in the description which follows of the characteristic elements of the invention and preferred embodiments of the invention WO 9s / 27863 2 1 ~ 6 ~ ~ 9 ts c: ~ ractr ristt ~ q de l ~ inv ~ nti cn To achieve the above goals, it is important to protect the elements of r nrt, ~ as much as possible door, the effect of thermal shock to which they are 5 exposed in the embodiments prec ~ t ~ ^ nt described.
The solution proposed by the invention consists of a register consisting of a single door hinged on a tree intended only to support the door in order to benefit from the advantages associated with it in the form 10 of execution "Toggle".
According to the embodiment of the invention, the door operation is carried out by articulated tie rods at the bottom of the door by means of ball joints spherical and which cross the body of the register in a 15 lateral oblique wall of the smoke duct.
The tie rods are connected to a beam guided transverse, itself operated by means appropriate on either side of the register body.
Preferably, this maneuver is provided by two 20 cylinders whose rectilinear movement opens or closes the door by printing on the guided transverse beam a uv ~ ~ nt essentially vertical along the beam guides.
~ in order to significantly reduce the pressure losses of open cycle smoke and noise generation, 25 following the sudden change in smoke direction, various specific measures are provided according to the invention.
On the one hand, the door in its closed position towards the boiler, i.e. that of cycle operation open is arranged at an angle inclined to 30 the horizontal.
This helps guide the smoke in the open cycle towards the chimney.
On the other hand, the upper corner towards the bypass is strongly cut by a side wall, preferably 35 practically parallel to the door in said position closed.
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W095 / 27863 '''Ç`''' ~ `r ~ l, D ~
Finally, the bottom of the register includes a housing can receive the bottom of the door and ~ ormant stop for this one.
All of these measures help to avoid turbulence which can cause pressure drops and noises and moreover, the cut corner makes it easy to receive the point of passage of the tie rods in the wall ~ atéral du register.
The door consists of a tubular frame of resistance studied to possibly resist resistance torsional forces, thus ensuring high stability of the assembly, and on the duel are mounted sealing faces each provided with single or double seals and of thermal insulation. The faces are connected to the chassis by a flexible system, allowing, in a manner known per se, the free differential expansions between the elements.
1es ~ anointing seals are of the conventional type flexible metallurgical slats, mounted in single or double rows, possibly with sealing air injection ensuring total smoke tightness.
1 '~ r ~ 1 = nrh ~; tee from the tie bars to the body, is produced by a labyrinth system with or without segments sealing, mounted on a mobile system allowing - relative transverse uv ~ ts tie rods with respect to body. By an appropriate arrangement of the tie rods, the However, the aforementioned transverse r uvl ts are generally small scale.
In this embodiment, the door shaft its only function is to support it, this tree is therefore not a motor and its ends do not cross the register body and no additional drive shaft (which in the case of Toggle execution is provided) does not exist in the proposed form, which avoids problems specific sealing at this level.
1st bearings of the support shaft according to the shape also consist of spherical ball joints, ! 2186 ~ 8'9 '' WO gS / 27863 ~, 5 Conventionally and known per se, the body of the register is thermally insulated, either internally or externally.
The systems of. sn ~ including cylinders 5 can be mechanical or hydraulic. In the case of a hydraulic control, a control system is provided for permanently ensuring the perfectly synchronized maneuver of the two cylinders.
In addition, the register can be fitted with a sheet 10 integrated closure, installed at the outlet of the damper direction of the boiler and which ensures a total seal smoke and temperature and allows mounting and / or 1 maintenance of the boiler while maintaining the turbine gas in service, in open cycle.
- - Compared to existing systems, the device of the invention offers important advantages:
- Reduced dimensions of the tree since only door support and not motor.
- The tie rods work in traction and compression pure, and are therefore easily loaded: the heavy parts poorly resistant to thermal stress are avoided.
- The smoke pressure drops are reduced in oper; ~ nn ~ t from the gas turbine to the bypass smoke: the efficiency is clearly improved in open cycle.
- - Dimensions are adaptable to any turbine with gas, whatever its power and temperature exhaust system.
- The door is firmly held in ~ points with clearances reduced and by design the point instability hardly exists5.
- No leakage at shaft seals since the tree does not cross the body: gains in - yield, more risks inherent in leaking hot gases.
~ 8 ~ .9 ~
Wo 95l27 ~ 63 P ~ / D ~ '7_.
- Due to the general shape, the generation of noise is greatly reduced and avoids optional additional silencer.
The invention will be described in more detail in the form 5 of a preferred embodiment of the invention with reference to attached drawings, all intended to illustrate the invention, without any limiting character.
Brief descril ~ tion rlAC deS.Ct nc L2 figure 1 es ~ c a sche ~ matic representation lO of a combined cycle power plant.
FIG. 2 represents a side view, schematic, in partial section, of a tie bar through the invention in the open position to the bypass duct of: smoke (smoke bypass).
Figure 3 is a schematic view similar to the figure 2 illustrating the two positions of the door and the movement of the tie rods.
Figure ~ is a front view, from left to the right, i.e. on the gas turbine side towards the boiler corresponding to figure 2.
Figure 5 is a general perspective view of the register from the back ~ re, that is to say that the gases from of the gas turbine arrive from the right of the figure.
Figure Fest a detail view of the joint of the door on its axis (detail ~ A in Figure 3).
Figure 7 is a view of ~ detail of the seals sealing for tie rods in the bypass body (detail B in figure 3) I ~ Aqnrintinn d ~ llnA f, d'A ~ tinn l ~ refPree of invAntion.
A combined cycle power plant, such as indicated in Figure 1, es ~ essen ~ iellement consisting of gas turbine 1 driving an alternator, a boiler of energy recovery 3 generating steam used for power a steam turbine also entrainant a alternator A register 2 must allow, as the case may be ~ ~ 186 ~ `9`
WO 95127863 P ~
whether or not to use the boiler, direct the gases either directly to the atmosphere via the chimney 4, or towards the boiler 3 and then towards the atmosphere by the f ~ hf ~ mi née 5.
The essential characteristic is the fact that the register according to the invention is first of all single-louver therefore consists of a single door 10 hinged to a shaft 11 intended only to support the door.
According to the invention, the operation of the door is carried out by tie rods 13 articulated at the bottom of the carried by the intf ~ ciiAire of spherical ball joints 15. The articulated tie rods pass through the body of damper 2 in a lateral oblique wall 22 of the smoke bypass duct 21.
As appears best in Figures 4 and 5, the tie rods are connected to their upper part to a beam transverse 31, itself operated by means appropriate, located on either side of the register body in this case, hydraulic cylinders 35.
Advantageously, the beam 31 is held in a guide device 33.
The door can thus move from a substantially horizontal position which closes the duct smoke bypass ~ indicated co ~ me lO 'in Figure 3) towards a position (indicated as lO '' in figure 3) which east: inclined to the horizontal, corner 40 towards the bypass is severely cut for the reasons mentioned in the characteristic elements.
Advantageously, the bottom of the register includes a housing forming stop 41 which can receive the door and avoid turbulence that would otherwise be caused by protruding part of the door projecting from the bottom.
The door consists of a tubular frame of resistance on which sealing faces are mounted.
The seals are of the conventional type.
WO 95 ~ 27863 1 ~, IID ~: S. ~
Regarding the tightness of the tie rods 13 as the body of the register passes, more particularly on the inclined part 22, the invention provides that the tie rod is provided with a bellows sealing system 43 which allows 5 relative transverse movements of the tie rods relative to to the body 22.
A labyrinth system preferably provided with sealing segments also allows movement longitudinal of the tie rod relative to the body.
As will be noted, an appropriate provision tie rods allow complete movement ~ from position 10 'to position 10'') of the door with movements limited transverse of the tie rods relative to the body of the register. ~ ~ ~
It will also be noted that, unlike state of the art devices, no tree control is arranged in the stream of hot gases ~ fuméesl derived by bypass.