CH621603A5

CH621603A5 -

Info

Publication number: CH621603A5
Application number: CH79878A
Authority: CH
Inventors: Gilbert Riollet; Jacques Bruneau
Original assignee: Alsthom Atlantique
Priority date: 1977-02-09
Filing date: 1978-01-25
Publication date: 1981-02-13
Also published as: FR2380418A1; GB1546352A; US4215552A; DE2805303A1; FR2380418B1

Description

La présente invention est relative à un procédé pour la conduite d'un ensemble de production d'énergie.

Un ensemble de production d'énergie s'entend comme comprenant un générateur de vapeur (chaudière ou réacteur nucléaire) associé à une turbine. A cette turbine est généralement couplé un alternateur transformant l'énergie mécanique de la turbine en énergie électrique.

La conduite d'un ensemble générateur de vapeur/turbine consiste à agir soit sur le régime de chauffe du générateur, soit sur le débit d'admission de vapeur dans la turbine, soit simultanément sur ces deux facteurs, pour ajuster l'énergie fournie par l'ensemble à l'énergie demandée par l'utilisateur.

Ce problème de l'ajustement de la marche de l'ensemble à la demande d'énergie ne va pas sans présenter certaines difficultés.

En effet, tout régime transitoire de la marche de l'ensemble, tel que changement de débit d'admission ou changement de température du fluide d'admission, engendre des contraintes mécaniques et thermiques au niveau des divers organes de la turbine.

En particulier, les disques ou leur prolongement dans le fût central du rotor des premières roues de la turbine sont sujets aux s plus fortes contraintes; des régimes transitoires trop brusques peuvent engendrer des contraintes thermiques trop fortes entraînant rupture de la machine, notamment au niveau des disques.

Jusqu'à un passé récent, les préposés à la conduite des ensembles ne disposaient que d'éléments empiriques tirés de leur io expérience pour assurer la marche de l'ensemble dans les configurations d'exploitation, non envisagées dans les notices de conduite.

En pratique, ils se fixaient des marges de sécurité importantes; il en résultait que la marche de la machine ne répondait pas à la demande d'énergie de l'utilisateur avec la célérité maximale 15 compatible avec les contraintes maximales admissibles par le matériel.

Pour faciliter la tâche des préposés à la conduite d'ensemble de production d'énergie, on a imaginé et réalisé des moyens permettant de calculer, à chaque instant, l'écart entre la 20 contrainte actuelle au point le plus vulnérable de la machine et la contrainte maximale admissible au même point. Mais cette connaissance de cet écart à l'instant présent est insuffisante pour bien conduire une installation: en effet, le fait de disposer de la valeur d'un tel écart au temps présent ne permet pas de prédire 25 avec certitude que la contrainte restera acceptable sans dommage pour le matériel dans un futur proche, car les constantes de temps des installations sont généralement assez grandes (de l'ordre de la dizaine de minutes).

La demande accrue d'énergie du monde moderne nécessite 30 impérieusement que les installations de production d'énergie fonctionnent aux limites de leurs possibilités; en particulier, il est nécessaire que le démarrage d'une installation soit aussi rapide que le permet le respect des contraintes maximales admissibles; il est également souhaitable qu'à tout changement de puissance 35 demandée corresponde un régime transitoire de la machine d'une durée aussi courte que possible, tout en garantissant que les contraintes que subira le matériel resteront dans les limites admissibles.

L'invention a donc pour objet un procédé pour la conduite 4o d'un ensemble de production d'énergie comprenant un générateur de vapeur et une turbine, caractérisé par le fait que l'on élabore un signal représentatif de l'écart entre la contrainte existant à l'instant to+T sur la pièce thermiquement la plus sollicitée de la turbine et la contrainte maximale admissible sur cette même pièce 45 au même instant, to étant l'instant présent et T une période de temps voisine de la constante de temps de l'ensemble de production d'énergie, le signal (K) étant utilisé pour piloter la quantité de chaleur libérée par le générateur de vapeur.

L'invention va être explicitée ci-après par une description so détaillée d'un exemple de mise en œuvre du procédé appliqué à un groupe générateur/turbine, en référence au dessin annexé dans lequel :

— la fig. 1 représente schématiquement un ensemble de production d'énergie;

55 — la fig. 2 est un diagramme illustrant le procédé de l'invention;

— la fig. 3 est un diagramme illustrant le procédé de l'invention, dans une variante d'exploitation du procédé.

La fig. 1 représente un ensemble de production d'énergie 60 comprenant une chaudière 1 fournissant en sortie un fluide (vapeur d'eau) dont la température et le débit peuvent être modifiés par des moyens schématisés respectivement par une vanne 2 d'arrivée de combustible 3 et une vanne 4 d'admission à une turbine 5. On a schématisé en 6 la première roue à aubes de la 65 turbine.

C'est au niveau des disques de cette roue que se développent les contraintes les plus importantes. La turbine tourne à une vitesse de N t/mn et produit une puissance W.

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L'élaboration d'un signal de conduite de l'ensemble est décrite ci-après, en référence au diagramme de la fig. 2. Dans ce diagramme, le temps T est porté en abscisses, et les contraintes en ordonnées.

Au temps présent to, on porte en ordonnées le point Ao représentatif de la contrainte actuelle sur le disque de la roue (6) et le point Bo représentatif de la contrainte maximale admissible au même point au même instant.

Bien que le disque ne soit pas accessible à la mesure directe, il est possible de calculer les valeurs des ordonnées Ao et Bo. A cet effet, on mesure pressions et températures en amont de la turbine et la pression en aval de la roue (6). A partir de ces mesures, il est aisé de déterminer, par exemple grâce à la relation de Stodola, le débit du fluide et les caractéristiques de ce fluide (pression, température et coefficient d'échange avec le métal du disque).

La connaissance des données précédentes permet de calculer la carte des températures dans le rotor et d'en tirer une température moyenne. La contrainte thermique est alors calculable à partir des données fournies par le constructeur de la machine, telles que module d'Young du matériau, coefficient de dilatation thermique et coefficient de Poisson.

Le temps postérieur au temps actuel to, jusqu'au temps to + T, où T est de l'ordre de grandeur de la constante de temps de l'installation (par exemple 10 mn), est découpé en n intervalles égaux t de l'ordre de 10 s par exemple; pour chacun des intervalles to + kt, on détermine les contraintes futures probables: Ak et Bk. On peut ainsi, pour chaque instant postérieur à to,

connaître l'écart Bk—Ak entre la contrainte maximale admissible Bk et la contrainte subie Ak. En particulier, on s'attache à l'écart entre la contrainte maximale admissible Bn à l'instant T=To+nt et la contrainte future à cet instant.

La détermination des contraintes futures (subie et maximale admissible) est effectuée en émettant, à chaque pas du calcul, l'hypothèse que l'évolution des paramètres d'entrée (température, pression et débit du fluide d'admission) est déduite de leur évolution à l'instant précédent to. Bien entendu, on doit aussi tenir compte de l'évolution intervenant au cours de la période to, to+T et due à un changement de régime.

Le signal utilisé dans le procédé de conduite est proportionnel a:

K=S

Bn—An

Bn où Bn est la contrainte maximale admissible à l'instant to+T, to étant l'instant présent, T étant égal à ou voisin de la constante de temps de l'installation. An est la contrainte future estimée à l'instant précité, et ô est égal à +1 ou — 1 selon que l'installation est respectivement en cours de réchauffage ou en cours de refroidissement.

La connaissance du signal K est utilisée de la manière suivante par l'opérateur au temps to :

1. En période de réchauffage de l'installation (mise en route ou augmentation de la puissance fournie):

— si K est positif, l'opérateur sait qu'il a une marge de sécurité lui permettant d'accroître débit de combustible et/ou débit d'admission ;

— si K est nul, l'opérateur sait qu'il ne dispose d'aucune 5 marge de sécurité et qu'il ne devra en aucun cas accroître la puissance de la machine;

— si K est négatif, il y a risque d'endommagement au temps to+T. Ce cas n'arrivera pas en pratique si l'opérateur a eu soin, dès la mise en route de l'installation, d'utiliser le procédé de io conduite de l'invention, pour autant toutefois que le générateur de vapeur n'ait pas été l'objet d'un transitoire accidentel.

2. Période de refroidissement de l'installation (baisse de la puissance) :

— si K est positif, l'opérateur sait qu'il dispose d'une marge 15 de sécurité lui permettant d'accélérer le rythme de décroissance de la puissance fournie et réduire le débit d'admission et de chauffe de la chaudière;

— si K est nul, c'est que le rythme de décroissance de la puissance est correct;

20 — si K est négatif, l'opérateur devra ralentir le rythme de décroissance de la puissance et/ou de la température mais, comme précédemment, ce cas ne doit pas intervenir.

Pour bien conduire son installation, ce signal est élaboré périodiquement, par exemple 3 à 4 fois à intervalles réguliers 25 pendant une durée T égale à la constante de temps de l'installation.

En fonction des modifications apportées par l'opérateur dans la conduite de sa machine, les courbes A(t) et B(t) peuvent converger d'abord et diverger ensuite au cours de la période to, 30 to+T.

Un exemple est donné dans la fig. 3.

La contrainte réelle croît jusqu'en Am, puis décroît. La contrainte maximale admissible décroît jusqu'en Bm, puis croît. Il est intéressant pour l'opérateur de connaître l'instant Tm de 35 l'écart minimal Bm—Am et la valeur de cet écart.

Si ce temps est proche de to, son action n'aura pas d'effet intéressant; si ce temps est proche de T, ou postérieur à T, sa liberté d'action est grande.

Le signal K peut être utilisé dans un organe de pilotage auto-40 matique d'un ensemble de production d'énergie.

L'amplitude des modifications apportées au régime de chauffe est, en période de réchauffage, une fonction croissante (par exemple directement proportionnelle) du signal K et une fonction décroissante (par exemple inversement proportionnelle) du 45 temps Tm défini plus haut.

Le sens de l'action est inversé en régime de refroidissement.

Par ailleurs, il est possible à l'opérateur de l'installation de substituer à l'évolution future, envisagée à partir de l'évolution passée, une évolution future qu'il se fait fort de réaliser par inter-50 vention sur l'installation. L'évolution des paramètres pendant la durée to à to+T sera élaborée en tenant compte des informations fournies par l'opérateur et des données actuelles connues : évolution actuelle des paramètres ayant une constante de temps supérieure à 30 s.

1 feuille dessins

Claims

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1. Procédé pour la conduite d'un ensemble de production d'énergie comprenant un générateur de vapeur et une turbine, caractérisé par le fait que l'on élabore un signal (K) représentatif de l'écart entre la contrainte qui existera à l'instant to+T sur la pièce thermiquement la plus sollicitée de la turbine et la contrainte maximale admissible sur cette même pièce au même instant, to étant l'instant présent et T une période de temps voisine de la constante de temps de l'ensemble de production d'énergie, le signal (K) étant utilisé pour piloter la quantité de chaleur libérée par le générateur de vapeur.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit signal est proportionnel à la quantité

K=8

Bn—An

Bn dans laquelle:

Bn sera la contrainte maximale admissible sur ladite pièce à l'instant to+T, to est l'instant présent, T est voisin de la constante de temps de l'ensemble, An sera la contrainte évaluée sur ladite pièce à l'instant to+T et ô est égal à +1 si la pièce est en cours de réchauffage et égal à — 1 si la pièce est en cours de refroidissement.

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REVENDICATIONS

3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le signal est utilisé par un opérateur chargé de la conduite de l'ensemble de la manière suivante :

a) en régime de réchauffage de la pièce surveillée, il accroît le régime de chauffe de la chaudière et/ou le débit d'admission de la vapeur, si le signal (K) est positif, et b) en régime de refroidissement de la pièce surveillée, il accroît la diminution du régime de chauffe et/ou du débit d'admission si le signal (K) est positif.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le signal (K) est utilisé dans un organe de pilotage automatique de l'ensemble, l'amplitude des modifications apportées au régime de chauffe étant, en période de réchauffage de l'ensemble, fonction croissante du signal (K).

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le signal (K) est utilisé dans un organe de pilotage automatique de l'ensemble, l'amplitude des modifications apportées au régime de chauffe étant, en période de réchauffage de l'ensemble, fonction décroissante de la période de temps séparant le temps présent to et le temps to+Tm auquel l'écart entre la contrainte maximale admissible sur ladite pièce et la contrainte réelle sur la même pièce est minimal.